Brevet FR2495230A1 — publié le 19820604

La présente invention concerne, d'une manière générale, des systèmes d'allumage pour moteurs à combus- tion interne et, plus particulièrelent, un système d'al- lumage *du type à interruption sans contact. Dans bon nombre de systèmes d'allumage ac- tuels, notamment, par exemple, les systèmes d'allumage classiques pour véhicules automobiles, on utilise des contacts de rupteur pour interrompre le flux de courant dans l'enroulement primaire de la bobine d'allumage, in- troduisant ainsi une haute tension génératrice d'étin- celles dans un enroulement secondaire de cette bobine d'allumage qui est raccordé directement ou à l'interven- tion d'un distributeur à une bougie d'allumage afin de produire l'étincelle nécessaire pour allumer le carburant et faire ainsi fonctionner le moteur. Ces contacts de rupteur sont exposés à l'encrassement, à l'humidité, à une usure du système de commande par came, ainsi qu'à une érosion due à la formation d'un arc, si bien que l'on doit rectifier fréquemment l'écartement entre les pointes des contacts et procéder périodiquement au rem- placement de ces pointes. De plus, dans ces systèmes, on utilise un assez grand nombre de pièces mécaniques qui non seulement sont coûteuses, mais exigent également beaucoup de temps lors de leur fabrication initiale et de leur entretien ultérieur. De nombreux essais ont été entrepris dans le but de supprimer les contacts de rupteur actionnés par came et les problèmes y associés, ces essais étant géné- ralement orientés vers la recherche de systèmes d'allu- mage entièrement électroniques. Un type de système d'allumage électronique que l'on rencontre fréquemment, est le système d'allumage dit à décharge de condensateur dans lequel une charge est accumulée dans un condensateur, après quoi une com- mutation électronique a lieu au moment opportun pour dé- charger le condensateur à travers l'enroulement primaire d'une bobine d'allumage ou d'un transformateur à haute tension, produisant ainsi l'étincelle d'allumage dési- rée au départ de l'enroulement secondaire du transfor- mateur. Les systèmes d'allumage du type à interruption sans contact représentent une autre direction dans la- quelle ont progressé les essais relatifs à la réalisa- tion de systèmes d'allumage entièrement électroniques. Dans ces systèmes, le courant circulant dans l'enroule- ment primaire d'une bobine d'allumage est interrompu tout comme dans le système d'allumage classique du type à contacts de rupteur; toutefois, l'interruption de ce flux de courant est assurée par un dispositif de commu- tation électronique. Avec un système de ce type, on supprime le condensateur d'accumulation avec ses ris- ques virtuels de défaillance, mais le réglage précis de l'allumage et l'interruption rapide du flux de courant dans l'enroulement primaire restent des problèmes diffi- ciles à résoudre. De même, dans bon nombre de ces sys- tèmes, l'amplitude de la haute tension de sortie dépend inopportunément de la vitesse du moteur. Parmi les différents objets de la présente in- vention, on peut mentionner ceux consistant à fournir: un système d'allumage du type à interruption sans contact ayant une sortie adéquate et relativement uniforme dans un large intervalle de vitesses du moteur en ce qui concerne la tension de réglage d'allumage et de sortie, ce système fournissant, à de faibles vitesses de mise en marche, une tension suffisante pour faire dé- marrer un moteur; un système d'allumage d'une fabrica- tion aisée; un système d'allumage d'une meilleure fiabi- lité; un système d'allumage dépourvu des contacts méca- niques qui caractérisent bon nombre de systèmes d'allu- mage du type à interruption; un système d'allumage né- cessitant une main-d'oeuvre et un personnel réduits lors de son assemblage; un système d'allumage du type à inter- ruption sans contact ayant un temps de coupure réduit au minimum de façon à maximiser la fréquence de change- ment du flux magnétique à l'intérieur d'une bobine d'allumage;cet un système d'allumage du type à inter- ruption sans contact dans lequel on utilise un nombre réduit de composants. Ces différents objets et carac- téristiques avantageuses de la présente invention, ainsi que d'autres seront en partie évidents et en par- tie soulignés dans la description ci-après. D'une manière générale, un système d'allumage pour un moteur à combustion interne comprend une bobine d'allumage comportant des enroulements primaire et se- condaire, ainsi qu'au moins une bougie d'allumage rac- cordée à l'enroulement secondaire conjointement avec un dispositif destiné à créer, dans l'enroulement primaire, un champ magnétique variant en synchronisme avec la rota- tion du moteur à combustion interne et un dispositif de contrôle destiné à interrompre le flux de courant dans l'enroulement primaire de la bobine d'allumage lorsqu'il est sur le point d'atteindre un maximum afin d'induire une tension génératrice d'étincelles dans l'enroulement secondaire. Ce dispositif de contrôle comprend un tran- sistor de puissance dont le circuit collecteur-émetteur est raccordé aux bornes de l'enroulement primaire de la bobine d'allumage et est sous le contrôle d'un commuta- teur à commande par porte. Une bobine de commande est disposée à proximité immédiate de la bobine d'allumage en étant influencée par le champ magnétique pour inter- rompre le flux de courant dans l'enroulement primaire en invalidant le commutateur à commande par porte et, par- tant, également le transistor. Comme c'est également généralement le cas, dans une forme de réalisation de l'invention, des premier et second dispositifs semi-conducteurs d'état solide sont raccordés de telle manière que l'un contrôle l'au- tre, lequel met en dérivation l'enroulement primaire d'un transformateur à haute tension. Un flux de cou- rant est induit dans l'enroulement primaire pour être ensuite interrompu en rendant non conducteurs les deux dispositifs semi-conducteurs. Dans les dessins annexés la figure 1 est une vue en plan d'un stator de système d'allumage et d'une partie d'un volant de moteur à combustion interne avec un aimant permanent disposé sur la périphérie de ce volant; et la figure 2 est un schéma de principe du cir- cuit du système d'allumage de la figure 1. Les chiffres de référence correspondants dési- gnent des pièces correspondantes dans les différentes figures. Les détails mentionnés ici à titre d'exemple illustrent une forme de réalisation préférée de la pré- sente invention et ils ne limitent en aucune façon le cadre de cette dernière. En se référant d'une manière générale aux des- 0 sins annexés, le système d'allumage de moteur à combus- tion interne qui y est illustré comprend une bobine d'al- lumage 11 comportant un enroulement primaire 13 et un enroulement secondaire 15, celui-ci étant raccordé, via un conducteur 17, à une bougie d'allumage illustrée schématiquement par un écartement d'étincelle 19. Sur la périphérie d'un volant 21 entraîné par le vilebrequin du moteur, est disposé un aimant permanent à haute réma- nence 23, de telle sorte que ce dernier passe à proximi- té immédiate de la bobine d'allumage au cours de la rota- 3O tion du vola'nt. Cet aimant permanent est polarisé dans la direction tangentielle afin d'établir un p8le nord permanent dans une pièce polaire en fer 25 et un pôle sud permanent, dans la pièce polaire en fer 27. Le vo- lant est par ailleurs réalisé en une matière non magnéti- que telle que l'aluminiuj coulé et il peut comporter un contrepoids diamétralement opposé à l'aimant permanent 23. Cette structure constituée du volant et de l'aimant per- manent crée, dans l'enroulement primaire 13, un champ magnétique qui change en synchronisme avec la rotation du volant. Dans la forme de réalisation illustrée, le cir- cuit de commande comprend un transistor de puissance 29 comportant un collecteur 31 et un émetteur 33 raccordés en parallèle aux bornes de l'enroulement primaire 13. Ce transistor de puissance est raccordé de manière con- trôlée à un commutateur à commande par porte 35 qui est lui-même sous le contrôle d'une bobine de commande 37. Cette bobine de commande 37 est disposée à pro- ximité immédiate et à l'opposé de la bobine d'allumage 11, par exemple, en étant localisée dans la structure du volant ou en étant déplacée circonférentiellement à l'écart de la bobine d'allumage, tandis qu'elle subit l'influence du passage de l'aimant permanent au cours du même intervalle de temps pendant lequel la bobine d'allu- mage est influencée par le champ magnétique. Spécifique- ment, la bobine de commande 37 émet un signal qui est appliqué au commutateur à commande par porte 35 pour met- tre ce dernier hors circuit, ce qui a pour effet d'inter- rompre l'alimentation du courant de base vers le transis- tor 29 qui, par conséquent, est ainsi invalidé, de façon à interrompre le flux de courant de l'enroulement primai- re à travers ce transistor 29, tout en induisant, dans l'enroulement secondaire 15, une tension génératrice d'étincelles qui est appliquée à l'écartement d'étincelle 19. La bobine de commande 37 est localisée, par rapport à la bobine d'allumage et aux pâles 25 et 27, de façon à interrompre le flux de courant dans l'enroulement pri- maire à peu près au moment o il atteint une valeur maxi- mum. L'interruption ayant lieu à ce moment donne lieu à une haute fréquence de changement de flux à l'intérieur du noyau magnétique 39, si bien que l'on obtient une ten- sion de sortie très élevée. Les enroulements primaire et secondaire 13 et sont généralement disposés concentriquement (comme indiqué en Il en figure 1) sur la branche centrale 41 d'un noyau magnétique feuilleté 39 à configuration gé- néralement en E dont la base est désignée par le chiffre de référence 43 et dont les branches en bout opposées sont désignées par les chiffres de référence 45 et 47. Le noyau 49 de la bobine de déclenchement 37 peut être un noyau à configuration généralement en L constitué d'un nombre relativement réduit de lamelles et dont la branche dirigée vers le bas supporte la bobine de com- mande 37 de telle sorte qu'elle s'étende près de et géné- ralement parallèlement à la branche centrale 41 du noyau en E. On peut envisager, pour la localisation du noyau 49 de la bobine de commande ou de déclenchement par rap- port au noyau 39, plusieurs emplacements possibles qui sont déterminés en fonction des bords des pâles 25 et 27 sélectionnés pour mettre en et hors circuit le commuta- teur à commande par porte 35. Dans l'emplacement illus- tré de la bobine de commande 37, le parcours du flux ma- gnétique à la fois pour le champ magnétique de l'enroule- ment primaire et la bobine de commande englobe au moins une partie de la branche centrale 41 et de la branche en bout 45 lorsque le flux de courant dans l'enroulement primaire est déclenché, tandis que ce parcours englobe au moins une partie de la branche centrale 41 et de l'au- tre branche en bout 47 du noyau en E lorsque le flux de courant dans l'enroulement primaire est interrompu. Lors de la mise en service, tandis que le volant est entraîné en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre comme l'indique la flèche, lorsque le bord avant du pôle nord 25 atteint la pointe 51 du noyau de la bobine de commande, celle-ci émet un signal qui fait passer le dis- positif de dérivation à porte 35 à son état conducteur. A ce moment, le parcours du flux magnétique dans l'enroule- ment primaire tant pour la bobine de commande 37 que pour a495230 le transformateur à haute tension 11 s'effectue à tra- vers la branche en bout de gauche 45 du noyau en E en passant par la base 43 et la branche centrale 41 de ce noyau en E. A ce moment également, le flux diminue dans la branche centrale 41. Par après, lorsque le bord arrière 53 du pâle nord 25 franchit l'extrémité 51 du noyau 49 de la bobine de déclenchement, la bobine 37 est excitée pour mettre hors circuit le commutateur à commande par porte 35. A ce moment, le flux de courant traversant le transistor 29 est sur le point d'atteindre sa valeur maximum et cette interruption brusque du cou- rant d'attaque de base vers ce transistor 29 fait passer rapidement ce dernier à son état non conducteur, provo- quant ainsi un changement très brusque du flux dans le noyau magnétique 39 et l'obtention de la haute tension induite souhaitée dans l'enroulement secondaire 15. Dans un système d'allumage donné à titre d'exem- ple, la bobine de commande 37 est constituée de 2.300 spires de fil N0 44, tandis que l'enroulement primaire 0 13 est constitué de 335 spires de fil No 26 et l'enroule- ment secondaire 15, de 9.350 spires de fil No 44. Le transistor de puissance 29 est un transistor "Motorola type MJE13005", tandis que le dispositif de dérivation à porte ou le commutateur à commande par porte est du type "RCA No G7100". Ce dernier composant est évidemment un dispositif semi-conducteur bistable d'état solide qui est commandé par une porte et se différencie du transis- tor classique par le fait qu'il n'y a aucune obligation à faire passer un courant d'entretien à travers la porte pour maintenir le dispositif dans son état conducteur dès que cette porte est déclenchée. Le dispositif est très semblable au redresseur contrôlé au silicium que l'on rencontre plus fréquemment; toutefois, avec le commuta- teur à commande par porte, on a la-possibilité de mettre le dispositif hors circuit au moyen d'un courant de porte inverse atteignant spécifiquement environ 30 à 50% du courant principal traversant le dispositif. Avec le redresseur contrâlé au silicium classique, la mise hors circuit a lieu uniquement lorsque le flux de courant cesse, spécifiquement en raison d'une inversion de polarité de la tension présente aux bornes du dispositif. D'après la description ci-dessus, il apparaît à présent que l'on a révélé un nouveau système d'allumage rencontrant les caractéristiques avantageuses et les objets précités, ainsi que d'autres, cependant que l'homme de métier peut y apporter des modifications re- latives aux configurations, formes et détails précis sans se départir de l'esprit de l'invention ou de son cadre tel qu'il est défini par les revendications ci- après. t495230 REVENDICATIONS 1. Système d'allumage de moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un cir- cuit de commande d'allumage perfectionné du type à interruption sans contact comprenant: des premier et second dispositifs semi-conducteurs d'état solide (35, 29) raccordés l'un à l'autre en une relation de contrôle; un transformateur à haute tension (11) comportant un enroulement secondaire (15) destiné à être raccordé à une bobine d'allumage (19) et un enroulement primaire (13) mis en dérivation par le second dispositif semi- conducteur (29); un élément (23) destiné à induire un flux de cou- rant dans l'enroulement primaire; et un élément (37) destiné à interrompre le flux de courant induit dans l'enroulement primaire en rendant non conducteurs les deux dispositifs semi-conducteurs (35, 29). 2. Circuit de commande d'allumage perfectionné suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le premier dispositif (35) est un commutateur à commande par porte. 3. Circuit de commande d'allumage perfectionné suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le second dispositif (29) est un transistor de puissance. 4. Circuit de commande d'allumage perfectionné suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'un circuit collecteur-émetteur du transistor (29) est pra- tiquement le seul parcours suivi par le courant en de- hors de l'enroulement primaire. 5. Circuit de commande d'allumage perfectionné suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élé- ment d'induction comprend un aimant permanent supporté par un volant et disposé de façon à passer à proximité immédiate du transformateur à haute tension au cours de la rotation de ce volant. 6. Circuit de commande d'allumage perfectionné suivant la revendication 5, -caractérisé en ce que l'élé- ment d'interruption comprend une bobine de commande (37) couplée au premier dispositif semi-conducteur (35) et disposée à proximité immédiate du transformateur à haute tension (11) pour être influencée par le mouvement de l'aimant permanent afin d'émettre des signaux de mise en et hors circuit en direction du premier dispositif semi-conducteur (35). 7. Circuit de commande d'allumage perfectionné suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le transformateur à haute tension (11), la bobine de com- mande (37) et l'aimant permanent (23) sont, l'un par rapport à l'autre, configurés et disposés de telle sorte qu'un signal de mise hors circuit soit appliqué au pre- mier dispositif semi-conducteur (35) lorsque le flux de courant dans l'enroulement primaire est proche d'une va- leur maximum. 8. Circuit de commande d'allumage perfectionné suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, lors- qu'il est dans un état conducteur, le second dispositif semi-conducteur (29) court-circuite pratiquement l'enrou- lement primaire. 9. Système d'allumage pour un moteur à combus- tion interne, caractérisé en ce qu'il comprend: une bobine d'allumage (11) comportant un enroule- ment primaire (13) et un enroulement secondaire (15); au moins une bougie d'allumage (19) raccordée à l'enroulement secondaire (15); un élément (23) destiné à créer, dans l'enroulement primaire (13), un champ magnétique changeant en synchro- nisme avec la rotation d'une pièce du moteur à combustion interne; un circuit de commande (29,35,37) comprenant un transistor de puissance (29) comportant un circuit col- lecteur-émetteur raccordé aux bornes de l'enroulement primaire (13), ainsi qu'un commutateur à commande par porte (35) raccordé en une relation de contrôle à ce transistor (29); et une bobine de commande (37) disposée à proximité immédiate de la bobine d'allumage (11) et influencée par l'élément (23) créant un champ magnétique, de façon à interrompre le courant induit par le champ magnétique dans l'enroulement primaire (13) à peu près au moment o ce courant atteint une valeur maximum, en invalidant le commutateur à commande par porte (35) et, partant, également le transistor (29), induisant ainsi une ten- sion génératrice d'étincelles dans l'enroulement se- condaire (15). 10. Système d'allumage suivant la revendica- tion 9, caractérisé en ce que l'élément (23) destiné à créer un champ magnétique comprend un aimant permanent (23) supporté par un volant et disposé de façon à passer à proximité immédiate de la bobine d'allumage (11) au cours de la rotation de ce volant. 11. Système d'allumage suivant la revendica- tion 9, caractérisé en ce que les enroulements primaire et secondaire (13,15) sont généralement disposés concen- triquement sur la branche centrale d'un noyau magnétique généralement en E (39), le parcours du flux magnétique à la fois pour le champ magnétique de l'enroulement pri- maire et la bobine de commande englobant au moins une partie de la branche centrale (41) et d'une branche en bout (45) du noyau en E lorsque le flux de courant dans l'enroulement primaire est déclenché, tandis qu'il englo- be au moins une partie de la branche centrale (41) et de l'autre branche en bout (47) du noyau en E lorsque le flux de courant dans l'enroulement primaire est interrom- pu. 12. Système d'allumage suivant la revendica- tion 11, caractérisé en ce qu'il comprend également un noyau de bobine de commande généralement en L (51) dont une branche est conçue pour supporter la bobine de com- mande de telle sorte qu'elle s'étende près de et géné- ralement parallèlement à la branche centrale du noyau en E.