Brevet FR2477234A1 — publié le 19810904

La présente invention concerne un dispositif d'al- lumage du type statique pour moteur endothermique. En particulier, la présente invention concerne un circuit d'allumage électronique applicable de préférence, mais pas exclusivement, au pilotage de l'allumage d'un moteur à deux temps, et plus particulièrement aux moteurs des véhicules de compétition. Les dispositifs d'allumage du type statique qui sont utilisés actuellement fournissent un signal d'alimentation à la bougie d'allumage, avec un angle d'avance constant d'environ 200 par rapport à la position de l'arbre d'entre nement, position pour laquelle le piston se trouve au point mort supérieur. Cependant, on a constaté que dans le cas où le nombre de tours par minute de l'arbre d'entraînement est très élevé, les performances du moteur peuvent être améliorées en réduisant proportionnellement l'amplitude de l'angle d'avance, c'est-à-dire en retardant progressivement le moment d'introduction du mélange, en fonction du nombre de tours. Une nécessité de cet ordre se produit en particulier avec les moteurs de compétition dans lesquels le nombre de tours par minute est généralement maintenu dans une fourchette comprise entre 7.000 et 12.000 tours par minute. L'objet de la présente invention est de prévoir un dispositif d'allumage du type statique pour moteurs endother miques qui sera en mesure de fournir des signaux électriques de commande d'allumage en fonction de la valeur instantanée du nombre de tours par minute du moteur. Selon la présente invention on prévoit un dispositif d'allumage du type statique pour moteurs endothermiques, caractérisé en ce qu'il comprend - un transducteur 29 coopérant avec un élément de validation correspondant pour fournir un signal du type à impulsion à chaque tour de l'arbre d'entrainementdu moteur; - le circuit d'allumage du type statique comprenant au moins un élément semi-conducteur 12 du type à conduction contrôlée, un condensateur 13 et une bobine 14; et - un circuit de traitement électronique 30 dont une entrée est connectée à l'élément transducteur 29, et comporte une sortie à laquelle est appliqué un signal à impulsions dont le retard dépend de la fréquence du signal à impulsions produit par le transducteur 29, et qui est connecté à une entrée de validation de l'élément semi-conducteur 12. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels La figure 1 est un schéma électrique simplifié d'un dispositif d'allumage du type statique selon la présente invention; La figure 2 est un schéma simplifié sous forme de blocs du dispositif de commande électronique représenté en figure 1; La figure 3 est un schéma représentant le comportement théorique de l'avance en fonction du nombre de tours du moteur et le comportement pratique de l'avance obtenu au moyen du dispositif de la figure 1; et Les figures 4, 5 et 6 représentent le comportement en fonction des signaux de tension a)t prélevés en certains points du schéma de la figure 1. En liaison plus particulièrement avec la figure 1, la référence 10 représente un dispositif d'allumage statique à décharge capacitive d'un type connu et comprenant, en particulier, une magnéto à volant 11, une diode au silicium contrôlée 12, un condensateur 13 et une bobine 14. En particulier, la magnéto ll a un enroulement inducteur 16 comportant une première borne qui est connectée à la masse et une seconde borne qui est connectée, par l'intermédiaire de la jonction anode/cathode d'une diode 17, à l'anode de la diode 12 dont la cathode est connectée à la masse, à une première plaque du condensateur 13, et à la cathode d'une diode 18 dont l'anode est connectée à la masse.La seconde plaque du condensateur 13 est connectée à la masse par l'intermédiaire d'un enroulement primaire 20 de la bobine 14, dont l'enroulement secondaire 21 comporte une première borne connectée à la masse et une seconde borne connectée à une borne 22. Enfin, entre cette borne et la masse sont placées en série et en face l'une de l'autre deux électrodes d'une bougie 23. La magnéto 11 comporte aussi un rotor 25 muni de quatre pôles et dans sa carcasse, une dent métallique 26 est formée qui est radialement en saillie.Un transducteur électromagnétique 29 est monté en face de la carcasse du rotor 25 d'une façon telle que la dent métallique 26 fermera le circuit de flux du transducteur 29 lui-même tous les 360 . Plus particulierement, la dent 26 est positionnée physiquement sur la carcasse du rotor 25, de façon à induire dans le transducteur 29 un signal pulsé ayant un angle d'avance pré-établi, par exemple de 18 , par rapport au point mort supérieur. Le signal pulsé produit par le transducteur 29 est appliqué à un circuit électronique 30 selon la présente invention, est une sortie de ce circuit est connectée à une entrée de commande (porte) de la diode 12. En liaison plus particulièrement avec la figure 2, on a représenté entre une borne d'entrée 31 et une borne de sortie 32 un schéma simplifié sous forme de blocs du circuit électronique de la figure 1. En particulier, la borne 31 est connectée à des convertisseurs fréquence-tension d'entrée 34, 35 et à l'entrée d'un circuit comparateur de seuil 36.Les convertisseurs 34,35 peuvent être constitués, par exemple, du circuit intégré dit LM 2907 fabriqué par la société dite National; le convertisseur 34 est connecté, d'une façon non représentée, suivant la configuration appelee "commutateur de vitesse", selon laquelle il maintient sa sortie au niveau; logique "1" pour des valeurs de fréquence du signal d'entrée inférieures ou égales à 100 Hz (correspondant à 6000 tours par minute du moteur), tout en restant au niveau logique "0" pour des valeurs de fréquence du signal d'entrée supérieures à 100 Hz.Inversement, le convertisseur fréquence-tension 35 est connecté de façon à fournir une tension de sortie continue qui augmente linéairement avec la fréquence du signal d'entrée et qui, par exemple, varie de 0 à 1 volt lorsque la fréquence du signal d'entrée varie entre 0 et 200 volts, c'est-à-dire lorsque le nombre de tours par minute du rotor varie entre 0 et 12.000. Les sorties du convertisseur 34 et du comparateur 36 sont connectées, respectivement, à une première entrée et à une seconde entrée d'une porte logique 37 de type ET comportant deux entrées, dont une sortie est connectée à une première entrée d'une porte logique 38 de type OU comportant deux entres. La sortie du comparateur 36 est connectee à une entrée de validation d'un compteur 39 et la sortie du convertisseur 35 est connectée, au moyen d'un convertisseur tension-fréquence 40, à une entrée d'horloge du compteur 39. Le convertisseur 40 peut être constitué du composant intégré dit 4007 fourni par la société dite SGS et a un signal de sortie dont la fréquence est inversement propor tionnelle à la valeur de tension continue appliquée à l'en trée. Une sortie du compteur 39, où une impulsion est présente chaque fois que le compteur termine le comptage d'un nombre préétabli (par exemple 12) d'impulsions d'horloge fournies par le convertisseur 40 et commençant àpartir du moment où il reçoit le signal de validation de la sortie du comparateur 36, est connectée à une seconde entrée de la porte OU 38. Une sortie de cette porte est connectée à la borne 32 par l'intermédiaire d'un circuit monostable 41, par exemple; du circuit intégré dit 4049 fourni par la société dite SGS. La figure 3 représente l'avance en degrés en fonction du nombre de tours par minute du moteur. En particulier, la ligne en trait plein de la courbe A représente le comportement théorique désiré, et la ligne en trait mixte de la courbe B le comportement de l'avance obtenue pratiquement avec le circuit 30. Enfin, les figures 4, 5 et 6 représentent en fonction de t le comportement des signaux V1, V2, V3 aux points correspondants du diagramme de la figure 1. Le fonctionnement du dispositif 10 sera maintenant décrit en liaison d'abord avec le circuit électronique de la figure 2. Supposons en particulier que le nombre de tours par minute de l'arbre d'entraînement augmente progressivement jusqu'à atteindre des valeurs de l'ordre de 12.000 tours par minute, de sorte que la fréquence du signal à impulsions émis par le transducteur électromagnétique croit jusqu'à atteindre la valeur de 200 Hz. Tant qu'un tel signal, qui est présent à la borne 31, a une fréquence inférieure ou égale à 100 Hz, la sortie du convertisseur fréquence-tension 34 est maintenue au niveau logique "1".Par conséquent, chaque signal à impulsions qui est appliqué à la borne 31,est mis au carré par le comparateur 36 et transmis à l'entrée du circuit monostable 41 au moyen de la porte ET 37 et de la porte OU 38, et le circuit monostable 41 émet une impulsion d'amplitude et due durée étalonnées qui est fournie à la borne 32. Pour toute valeur de fréquence du signal présent à l'entrée 31, le groupe de convertisseurs 35 et 40 fournit à l'entrée d'horloge du compteur 39 un signal alternatif correspondant. Ce dernier corrige le contenu du compteur 39 en commençant seulement au moment où le compteur reçoit lui-même le signal de validation en provenance de la sortie du comparateur 36. Comme,pour des fréquences inférieures ou égales à 100 Hz, un tel signal de validation est également le signal qui détermine instantanément la validation du circuit monostable 41, l'impulsion de commande fournie par le compteur 39 à la fin du comptage n'influence plus l'état du circuit monostable 41, ce dernier étant déjà validé.En conclusion, pour des fréquences inférieures ou égales à 100 Hz (correspondant à des nombres de tours par minute inférieurs ou égaux à 6.000), le signal produit par le circuit électronique 30 et présent à la borne 32 est en phase avec le signal électrique à impulsions que le circuit électronique 30 reçoit du transducteur électromagnétique 29 à la borne d'entrée 31. Par conséquent, jusqu'à une vitesse de 6000 tours par minute de l'arbre d'entrainement, le circuit 30 émet un signal de sortie avec une avance constante qui est directement proportionnel à la fréquence du signal fourni à la borne d'entrée 31, et par conséquent la fréquence du signal de sortie du convertisseur tension-fréquence 40 diminue. Chaque signal appliqué à la borne 31 provoque instantanément l'émission par le comparateur 36 d'un signal qui est appliqué à l'entrée de validation du compteur 39, lequel, à partir de ce moment là, initialise le comptage des impulsions d'horloge produites par le convertisseur 40 jusqu'à ce que, après avoir fini le comptage, il produise un signal de niveau logique 1 qui par l'intermédiaire de la porte OU 38 valide le circuit monostable 41.Le temps que met le compteur pour terminer le comptage est inversement proportionnel à la fréquence du signal d'horloge qui lui est appliqué. En conclusion, pour des valeurs de fréquence du signal appliqué à la borne 31 qui augmentent et sont supérieure s à 100 Hz (correspondant à des valeurs du nombre de tours par minute supérieures à 6000),le signal produit par le circuit électronique 30 et présent à la borne 32 est progressivement retardé par rapport au signal présent à la borne 31.La relation entre la fréquence du signal appliqué à l'entrée 31 et le déplacement en phase du signal présent à la borne 32 dépend principalement des convertisseurs 35, 40 et est représentée par la lettre B dans la figure 3, où cette relation est comparée à la courbe théorique A garantissant l'optimisation des performances du moteur sur le plan de l'allumage. En liaison maintenant plus particulière avec la figure là chaque tour du rotor 25, un signal V1 (figure 4), constitué de deux cycles du type sinusoïdal, est induit dans l'enroulement 16 du stator. A la cathode de la diode 17 est présent le signal V2 (figure 5), signal qui charge le condensateur 13 par l'intermédiaire de l'enroulement primaire 20 de la bobine 14. Par conséquent, aux bornes du condensateur 13 se trouve établie une tension du type continu, et le condensateur ne se décharge dans l'enroulement primaire 20 de la bobine 14 que lorsque le circuit électronique 30 produit le signal à impulsions V3 (figure 6) qui valide la porte de la diode 12.Dans ces circonstances, un courant est induit dans l'enroulement secondaire 21 de la bobine 14, courant qui à son tour donne naissance à l'étincelle entre les électrodes disposées en regard l'une de l'autre de la. bo- bine 23. Par conséquent, le signal V3 produit par le circuit électronique 30 est le signal qui établit le commencement de la décharge du condensateur 13 dans la bobine 14, et comme indiqué précédemment, ce moment se traduit par une avance constante de 180 par rapport au point mort supérieur. Pour des valeurs de la fréquence inférieures à 100 Hertz, la sortie du convertisseur 34 est sensiblement maintenue au niveau logique "0".Ainsi, seule la partie inférieure du circuit représenté en figure 2 est active, où le convertisseur fréquence-tension 35 produit à sa sortie un signal de tension directe dans le cas où le nombre de tours par minute est inférieur ou égal à 6000, alors qu'il se traduit par une avance progressivement retardée par rapport aux 18 dans le cas où le nombre de tours par minute est supérieur à 6000, jusqu 'à coïncider avec la position du piston au point mort supérieur pour des nombres de tours par minute se rapprochant de 12.000. L'analyse des caractéristiques du dispositif 10 de la présente invention permet de constater que celui-ci n'a pas les inconvénients des dispositifs de l'art antérieur. En particulier, la configuration spécifique du circuit 30 permet non seulement de retarder le moment d'amorçage de la bougie 23 au-delà d'une certaine valeur du nombre de tours par minute, mais, en liaison avec la figure 3,le comportement du retard (courbe B) obtenu est une copie sensiblement exacte de la courbe théorique A permettant au constructeur du moteur d'obtenir une optimisation des performances du moteur. La présente invention n' est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVEND iCATIOS 1.- Dispositif d'allumage du type statique pour moteur endothermique, caractérisé en ce qu'il comprend - un transducteur (29) qui coopère avec un élé- ment de validation correspondant pour fournir un signal du type à impulsions lors de chaque tour de l'arbre d'entraînement du moteur; - un circuit d'allumage du type statique comprenant au moins un élément à semi-conducteur (12) du type à conduction contrôlée, un condensateur (13) et une bobine (14); et - un circuit de traitement électronique (30) qui a une entrée connectée à l'élément transducteur (29), et une sortie à laquelle est appliqué un signal à impulsions dont le retard dépend de la fréquence du signal à impulsions produit par le transducteur (29), et qui est connecté à une entrée de validation de l'élément à semi-conducteur (12). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caracte- risé en ce que le circuit de traitement électronique (30) comprend un compteur (39) et un convertisseur fréquencefréquence (35, 40), chacun d'entre eux ayant une entrée de validation respective connectée au transducteur (39), la sortie du convertisseur (35, 40) étant connectée à une entrée d'horloge du compteur (39), et la sortie du compteur (39), où est présent un signal à impulsions à l'issue d'un nombre préétabli de signaux d'horloge, est connectée à l'entrée de validation de l'élément à semi-conducteur (12). 3 - Dispositif selon la revendication 2,caractérisé en ce que le convertisseur fréquence-fréquence comprend un convertisseur fréquence-tension (35) et un convertisseur tension-fréquence (40) connecté en aval du convertisseur fréquence-tension. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le convertisseur tension-fréquence (40) donne à sa sortie un signal ayant une fréquence inversement proportionnelle au signal appliqué à l'entrée respective. 5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit électronique (30) comprend un convertisseur auxiliaire fréquence-tension (34) qui valide instantanément la transmission de l'impulsion d'entrée à la sortie du circuit électronique (30) en cas de valeurs de fréquence du signal du type à impulsions appli qué au transducteur (29) inférieures à une valeur limite pré-établie. 6 - Dispositif selon la revendication 5, et dépendant de l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit monostable (41) disposé en aval du convertisseur fréquence-fréquence (35, 40) et du convertisseur auxiliaire (34).