Brevet FR2398191A1 — publié le 19790216

La présente invention a pour objet des dispositifs allumage piézoélectrique de moteur à combustion interne. On a déjà construit des dispositifs piézoélectriques pour l'allumage des moteurs à combustion interne comportant des éléments piézoélectriques, par exemple des-céramiques piézoélectriques Iqui sont soumis à de brusques variations de pression et qui produisent les étincelles d'allumage du mélange combustible. Le brevet U.S. 3 215 133 décrit un dispositif d'allumage piézoélectrique qui comporte un élément piézoélectrique qui communique avec chaque cylindre et qui est comprimé par la pression régnant dans le cylindre. Le brevet U.S. 3 208 443 décrit un dispositif d'allumage d'un moteur à combustion interne comportant un nombre d'éléments piézoélectriques égal au nombre de cylindres qui sont disposes à la périphérie d'un excentrique entraîné en rotation par le moteur. Ces dispositifs connus comportent des moyens pour comprimer progressivement les éléments piézoélectriques de telle sorte que les charges élec- triques apparaissent progressivement dans les- éléments piézoélectriques et il en résulte que la qualité des étincelles n'est pas tres bonne et l'instant du cycle ou elles sont produites n'est pas déterminé avec une grande précision. Le brevet français 1 373 371 décrit un dispositif d'allusgt piézo- électrique dans lequel une came excentrique comprime un ressort qui s appuie contre un levier et déplace un verrou qui libère soudainement le levier de sorte que l'énergie potentielle accumulée dans le ressort est libérée soudainement et le basculement du levier produit une compression rapide des élé- ments piézoélectriques. Ce dernier dispositif présente l'avantage de produire des chocs sur les éléments piézoélectriques et l'on sait que lorsqu'elles sont soumises à des chocs les céramiques piézoélectriques donnent des tensions plus élevées et donc des étincelles plus franches que lorsqu'elles sont soumises à des contraintes progressives. Cependant ce dernier dispositif est complexe et encombrant. L'objectif de la présente invention est de procurer des dispositifs d'allumage piézoélectrique de ce dernier type, c'est-à-dire à accumulation d'énergie et à choc, en perfectionnant ceux-ci de telle sorte qu'ils soient plus simples et moins encombrants et notamment que l'on puisse les adapter facilement sur la prise de mouvement qui est utilisée pour entraîner les allumeurs à rupteur et commutateur rotatif qui équipent actuellement les moteurs, notamment les moteurs de véhicules automobiles. Cet objectif est atteint au moyen d'un dispositif d'allumage piézo- électrique de moteurs à combustion interne comportant - un arbre de prise de mouvement, - une came cylindrique, montée sur l'extrémité libre dudit arbre, coaxialement à celui-ci, larquelle came a deux faces axialement opposées dont l'une pré sente un profil de came helicoxdal avec un decrochement en dent de loup, - et plusieurs logements cylindriques parallèles audit arbre qui sont répar tis uniformément à la périphérie de celui-ci, chactide ces logements con tenant au moins un élément piézoélectrique et un ressort qui est comprimé progressivement par ladite came et qui se détend brusquement au passage de la dent de loup en produisant un choc ou une détente sur les éléments pié zoélectriques. De préférence un dispositif d'allumage selon l'invention contient en outre une masselotte qui peut coulisser axialement dans ledit logement et qui est placée entre les éléments piézoélectriques et ledit ressort de sorte que ladite masselotte est repoussée progressivement par la came hélicoidale et est projetée contre les éléments piézoélectriques au passage de la dent de loup. Chaque logement cylindrique contient de préférence plusieurs élé- ments piézoélectriques orientés dans le meme sens et montés en série. Selon un mode de réalisation préférentiel, chaque masselotte est solidaire d'une tige perpendiculaire à l'axe de l'arbre dtentraînement dont I'extrémité libre est appuyée, de préférence par l'intermédiaire d'un galet, contre ladite came en dent de loup. L'invention a pour résultat un nouveau dispositif d'allumage des moteurs à combustion interne. Outre les avantages communs à tous les dispositifs d'allumage pié zoélectriques, un dispositif selon l'invention présente les avantages spécifiques suivants. L'énergie mécanique n'est pas fournie aux éléments piézoélectriques par une compression progressive mais par un choc du à la détente instantanée d'un ressort qui est comprimé progressivement. On obtient ainsi des tensions élevées et il est possible d'écarter au maximum les électrodes des bougies et morne de supprimer totalement l'électrode de masse ce qui permet d'obtenir des étincelles très riches. Un dispositif selon l'invention peut s'adapter très aisément sur des allumeurs traditionnels-après dépose des vis platinées et du distributeur rotatif. Le dispositif d'avance a l'allumage centrifuge incorporé à un allumeur traditionnel peut être utilisé sans aucune modification pour décaler angulairement la came par rapport à l'arbre d'entraînement. De même, on peut adapter sur un dispositif d'allumage selon l'invention un dispositif d'avance à l'allumage par dépression du même type que ceux qui sont utilisés sur les allumeurs traditionnels. Grâce à la compression progressive des ressorts par la came en dent de loup, le couple résistant exercé sur l'arbre d'entraînement de l'allumeur est réduit et régulier. L'usure mécanique est très faible. Le bruit et les vibrations sont très réduits et 11 encombrement du dispositif est du même ordre que celui des allumeurs traditionnels. Un dispositif prototype a été essayé sur route. De plus, des essais comparatifs avec un allumeur classique ont eté réalisés au banc d'essais par un organisme spécialisé Ces essais comparatifs ont démontré que les courbes de puissance/ de couple et de consommation spécifique obtenues en utilisant un dispositif d'allumage selon l'invention à l1état de prototype sont pratiquement identiques sur toute la plage de fonctionnement à celles que l'on obtient avec un allumeur traditionnel. A puissance égale et pour une vitesse de l'ordre de 3000 à 3500 tours/minute, la consommation spécifique d'essence est légerement réduite lorsquton utilise un allumeur selon l'invention.On a pu mesurer une réduction de consommation specifique de l'ordre de 10 grammes cheval/heure, soit environ 5 Z. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent sans aucun caractère limitatif un exemple de realisation d'un allumeur piézoélectrique selon l'invention. La figure 1 est une coupe axiale éclatée, La figure 2 est une vue en perspective de la came en dent de loup, La figure 3 est une coupe partielle suivant III III de la figure 1, Les figures 4 et6 sont des coupes transversales selon IV IV et VI VI du corps de l'allumeur, La figure 5 est une coupe à plus grande échelle selon V V de la figure 1. La figure I représente en coupe axiale un=dispositif d'allumage selon l'invention d'axe xxl, Ce dispositif est composé en partie de pièces appartenant à un allumeur traditionnel que l'on a représentées en traits fins. Ainsi l'arbre de prise de mouvement I, l'embase de boîtier 2 contenant un dispositif, non representé, d'avanee l'allumage centrifuge, et l'arbre d'entraînement 3 sont ceux d'un allumeur traditionnel. De même le capuchon 4 dans lequel viennent se loger les embouts eonducteurs 5 des fils reliant l'allumeur à chaque bougie sont ceux d'un allumeur traditionnel. Les parties originales du dispositif selon l'invention comportent une partie tournante qui est composée essentiellement d'une came 6 qui est montée sur l'extrémité libre de l'arbre 3 et maintenue par une vis 7 qui est vissée sur l'extrémité filetée de l'arbre 3. La figure 2 représente une vue en perspective de la came 6. Celleci a une surface extérieure cylindrique 6a et deux faces 66 et 6c axialement opposées. La face 6b est située dans un plan perpendiculaire à l'axe xx1. Par contre la face 6c,qui constitue la came, présente une forme en dent de loup c'est-à-dire qu'elle présente un profil en forme d'hélice, d'axe xxl,se deve- loppant sur un tour complet et dont les deux extrémités situées sur une me génératrice sont reliées entre elles par un décrochement 6d c'est-à-dire par une surface située dans un plan axial. Un dispositif de non retour 8, logé dans un évidement de l'extré- mité de l'arbre 3 empêche toute rotation inverse de la came. La figure 3 représente en coupe selon III III de la figure 1 le dispositif qui est composé d'un cliquet 9 et d'une pièce élastique 10 par exemple d'un tampon en caoutchouc. La pièce 10 maintient le cliquet 9 engagé dans une encoche 11 de la came 4.L'encoche il et le cliquet 9 présentent une forme de rampe inclinée de telle sorte que l'arbre 3 peut tourner librement dans le sens de la flèche sans entraîner la came 6 qui est bloquée par la dent de loup Un dispositif selon l'invention comporte en outre un corps fixe 12 cylindrique et creux,en un matériau isolant électrique par exemple en po lytétrafluoréthylène Dans le corps 12 sont creusés des logements cylindriques 13, pa rallèles à l'axe xx 1. Le nombre due logements 12 est égal au nombre de cylindres,par exemple 4 dans L'exemple représenté, et ils sont répartis unifor mément sur une circonférence.Chaque logement 13 contient plusieurs éléments piézoélectriques, par exemple deux éléments 14a et 14b dans l'exemple repré senté. L'axe piézoélectrique des éléments 14 est parallèle à l'axe xxî et ces éléments sont orientés ou polarisés dans le même sens comme le représente les signes + et - sur chaque élément, de sorte qu'ils sont montés électriquement en série et que les tensions induites dans chaque élément s'additionnent. L'extrémité supérieure de l'élément 14a est en contact avec des plots en laiton 15 qui sont disposés dans un couvercle en matière isolante 16. Sur chaque plot est sertie une lame flexible conductrice 18 qui vient s'appuyer contre les embouts conducteurs 5a des fils de liaison aux bougies qui sont logées dans le couvercle 4. La figure 5 représente une vue à plus grande échelle de l'extrémi- té inférieure d'un logement 13. Celle-ci comporte un rétrécissement 13a à travers lequel passe le prolongement 15a d'un poussoir métallique 15. Un joint élastique 16 est inséré entre le fond du logement 13 et le poussoir 15. Le joint 16 est légèrement comprimé lors du montage des éléments piézoélectriques dans chaque logement, de telle sorte qu'il amortit toute vibration des éléments piézoélectriques 14 qui seraient préjudiciables à la durée de vie de ceux-ci. La partie fixe du dispositif comporte, en outre, un deuxième corps fixe 17, cylindique et creux, qui prolonge le corps 12. Chacun des deux corps creux 12 et 17 délimite un canal central cylindrique et les deux canaux sont alignés et forment un canal central unique 18 dans lequel se trouve la partie tournante du dispositif composée par la came 6, la vis 7 et l'arbre 3. Le corps 17 comporte des logements cylindriques 19, en forme de puits,fermésà l'extrémité inférieure et ouverts à l'extrémité supérieure. Le nombre de puits 19 est égal au nombre de logements 13 et chaque puits 19 se trouve placé dans le prolongement dtun logement 13. Les corps 12 et 17 et le couvercle 16 sont assemblés entre eux par des vis ou des tiges filetées 20 traversantes, visibles sur les figures 4 et 6 qui sont les coupes transversales selon IV-IV du corps 12 et selon VI-VI du corps 17. Chaque puits 19 contient une masselotte 21 en forme de piston qui coulisse axialement à l'intérieur du puits et un ressort 22 situé entre la masselotte et le fond du puits. La paroi séparant chaque puits du canal central 18 comporte une lumière verticale 23 qui fait communiquer le canal central 18 avec la partie supérieure de chaque puits 19. Chaque masselotte 21 porte une tige 24 qui est perpendiculaire à l'axe x xl et qui est engagée dans la lumière 23 correspondante, de sorte que l'extremite libre de chaque tige 24 pénètre dans le canal central 18 et est maintenue appuyée contre la face 6c de la came 6 par la poussee du ressort 22 correspondant. L'extrémité libre de chaque tige 24 porte, de préférence, un galet 25 qui roule le long de la surface hélicoldale 6c. Le fonctionnement est le suivant. Lorsque l'arbre 1 est entraîné par le moteur, il entraîne la came en rotation dans le sens de la flèche (figure 2). La dent de loup repousse progressivement chaque masselotte 21 vers le fond du puits 19 qui le contient en comprimant le ressort 22. Le décrochement en dent de loup 6d se présente successivement en face de chaque tige 24 et à ce moment, le ressort 22 se détend et projette la masselotte 21 contre l'extrémité 15a du poussoir correspondant, lequel transmet aux éléments piézoélectriques 14a, 14b un choc qui engendre une tension élevée dans chacun d'eux et les tensions des deux éléments s'additionnent du fait qu'ils sont montés en série. En variante, les ressorts 21 peuvent être appuyés contre les éléments piézoélectriques qui sont alors comprimés progressivement par l'action de la came et la détente soudaine des ressorts obtenue au passage de la dent de loup produit une décompression soudaine des éléments piézoélectriques qui donne naissance à une tension de sens inverse, laquelle peut être utilisée pour produire les étincelles d'allumage. L'avance à l'allumage est réglée par le dispositif centrifuge habituel situé dans le boîtier 2 qui provoque un décalage angulaire entre l'arbre 1 et l'arbre 3. On peut également installer sur un dispositif selon l'invention, un dispositif à dépression de réglage de l'avance qui fait tourner le bloc 12, 17 par rapport à l'axe x xi. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les divers éléments constitutifs du dispositif d'allumage qui vient d'etre décrit à titre d'exemple pourront etre remplacés par des éléments équivalents remplissant les mêmes fonctions. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'allumage piézoélectrique de moteur à combustion interne, ca ractérisé en ce qu'il comporte - un arbre de prise de mouvement, - une came cylindrique, montée sur 1 'extrémité libre dudit arbre, coaxia lement à celui-ci et entraînée en rotation par celui-ci, laquelle came a deux faces axialement opposées dont l'une présente un profil de came hé licoidal avec un décrochement en dent de loup, - et plusieurs logements cylindriques parallèles audit arbre qui sont répar tis uniformément à la périphérie de celui-ci, chacun de ces logements contenant au moins un élément piézoélectrique et un ressort qui est com primé progressivement par ladite came et qui se détend brusquement au passage de la dent de loup en produisant un choc ou une détente sur les éléments piézoélectriques. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque logement cylindrique contient en outre une masselotte qui peut coulisser axialement dans ledit logement et qui est placee entre les éléments piézoélectriques et ledit. ressort de sorte que ladite masselotte est repoussée progressive ment par la came hélicoidale et est projetée contre les éléments piézoé lectriquesau passage de la dent de loup. 3 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est contenu à l'intérieur d'un boîtier cylindrique qui est coaxial avec ledit arbre de prise de mouvement et qui est monté, comme les allumeurs traditionnels, à l'extrémité supérieure d'un arbre vertical qui est équipée d'un dispositif centrifuge de réglage de l'avance à l'al limage 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque logement cylindrique contient un empilement de plusieurs éléments piézoélectriques orientés dans le même sens et montés en série. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que chaque masselotte est solidaire d1une tige qui est perpendicu laire à l'axe de l'arbre d'entraînement et dontltextremite libre est ap puyée, de préférence par l'intermédiaire -d'un galet, contre ladite came. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le nombredelogements est égal au nombre de cylindres du moteur et l'extrémité de chaque empilement d'élements piézoélectriques qui est opposée audit ressort est connectée par l'intermédiaire d'une lame flexi ble conductrice sur l'extrémité d'un fil conducteur la reliant à la bougie d'un cylindre du moteur. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un corps creux cylindrique fixe, dans lequel sont creusés-lesdits logements, lequel corps délimite un canal central cylin drique dans lequel est placée la partie rotative constituée par ledit ar bre d'entraînement et ladite came montée sur l'extrémité de celui-ci. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit corps est composé de trois parties coaxiales assemblées entre elles, respective ment un couvercle isolant, un corps en un matériau isolant dans lequel sont situés lesdits logements cylindriques contenant chacun un empilement d1é- liements piézoélectriques et un corps contenant des puits cylindriques qui prolongent lesdits logements cylindriques, lesquels puits contiennent lesdits ressorts et lesdites masselottes. 9 - Dispositif selon les revendications 5 et 8, caractérisé en ce que la paroi qui sépare ledit canal central desdits puits comporte des lumières verti cales faisant communiquer chaque puits avec ledit canal central et les dites tiges sont engagées dans ces lumières et leur extrémité libre pénè tre dans ledit canal central 10- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits loge ments cylindriques comportent un rétrécissement à leur extrémité située du côté des masselottes et contiennent, intercalés entre lesdits éléments piézoélectriques et ledit rétrécissement, un joint élastique précomprimé et un poussoir qui dépasse à l'extérieur dudit rétrécissement et qui re çoit le choc de la masselotte correspondante.