Brevet FR2510199A1 — publié le 19830128

i 25 10190 L'invention concerne un système d'allumage pour des moteurs à combustion interne, plus particulièrement pour des moteurs à carburateur de véhicules automobiles, du type compor- tant un transformateur dont l'enroulement primaire est commandé par un hacheur alimenté à partir d'une source de tension conti- nue ou d'une source de tension alternative redressée et dispo- sé dans un circuit de commande électronique, et dont le secon- daire est susceptible d'être relié, par l'intermédiaire d'au moins un enroulement secondaire, au choix avec les bougies. Dans la réalisation de systèmes d'allumage pour des moteurs à combustion interne, on exige, de plus en plus, que le système d'allumage présente, plus particulièrement dans les bas régimes et pour une composition pauvre du mélange de carbu- rant, une bonne combustion de ce mélange, car ce n'est que dans ces conditions que l'on peut obtenir un bon rendement éner- gétique et réduire largement la pollution de l'air environnant. Avec les systèmes d'allumage habituels, dans lesquels la haute tension est produite au moyen de bobines d'allumage et/ou de dispositifs capacitifs, et dans lesquels on forme au niveau des bougies d'allumage une étincelle qui décroît expo- nentiellement, ces conditions ne-sont pas satisfaites de façon suffisante. La demande de brevet déposée en France sous le numéro -03 831 propose de ce fait un système d'allumage pour des moteurs à carburateur, système d'allumage à l'aide duquel on produit une haute tension au niveau des bougies et dans lequel la durée de l'étincelle peut atre ajustée à une hauteur suffi- sante, plus particulièrement dans la plage des bas régimes. Dans ce système d'allumage, on associe à chacune des bougies un transformateur dont l'enroulement primaire est relié à un circuit de commande électronique Les enroulements secon- daires qui sont susceptibles d'être shuntés par un commutateur mécanique ou électronique, sont reliés galvaniquement aux élec- trodes des bougies La commande des transformateurs se fait à partir d'un hacheur qui est alimenté par une source de tension continue ou par une source de tension alternative redressée. Un transformateur est pourvu, du côté secondaire, d'un enroule- ment auxiliaire qui fournit des signaux au circuit de commande électronique et qui de ce fait influence la fréquence et/ou la 2 -2510199 durée des impulsions du hacheur. La demande de brevet déposée en France sous le numéro -04 557 prévoit à cet effet un transformateur simplifié du point de vue des matériaux à mettre en oeuvre, transformateur à enroulements primaire et secondaire montés sur un noyau ma- gnétique commun Le noyau du transformateur est conformé de telle façon qu'à un enroulement primaire sont associés plusieurs enroulements secondaires. Enfin, la demande de brevet déposée en France sous le No 80-19 737 propose également un système d'allumage amélioré pour des moteurs à combustion interne, système d'allumage qui peut être mis en oeuvre en liaison avec les distributeurs d'al- lumage mécaniques habituellement prévus dans la fabrication de véhicules automobiles Dans cette réalisation, les bougies sont reliées, par l'intermédiaire du rotor du distributeur d'alluma- ge et par l'intermédiaire de ses contacts, avec l'enroulement secondaire d'un transformateur, couplé inductivement avec un enroulement auxiliaire qui peut être court-circuité ou ouvert à l'aide d'un commutateur mécanique, électromécanique ou élec- tronique, commandé par un détecteur Ces détecteurs sont prévus en des emplacements appropriés du moteur à combustion interne, par exemple au niveau de l'axe du distributeur d'allumage, au niveau de l'arbre à cames ou au niveau du vilebrequin. La présente invention a également pour objet un système d'allumage pour des moteurs à combustion interne, permettant de réaliser de tels moteurs avec des valeurs extrêmement favora- bles du point de vue de la consommation en carburant et du point de vue de la pollution de l'environnement, même dans le cas de mélanges pauvres, de cylindrées importantes, de compres- sions élevées,de grande distance entre électrodes et d'un fort en- crassement des bougies. Dans un système d'allumage du type rappelé en tête du présent mémoire, ce problème est résolu, selon l'invention, grâce au fait que le hacheur qui est monté dans le circuit de commande électronique est commandé par des trains d'impulsions dont les durées des impulsions individuelles sont modulées de façon que les bougies soient commandées avec des trains d'im- pulsions d'allumage dont les impulsions individuelles d'alluma- ge sont modulées du point de vue de leur énergie. 3 2510199 Avantageusement, le hacheur est commandé avec des trains d'impulsions dans lesquels, comparativement aux impul- sions individuelles restantes,la durée d'au moins la première impulsion individuelle et plus particulièrement la durée de la première impulsion individuelle est longue, c'est-à-dire est choisie de telle façon que l'énergie de l'impulsion d'allumage individuelle correspondante est suffisante pour provoquer l'allumage du mélange carburant-air dans le cylindre, même dans des conditions défavorables. Si le mélange carburant-air est allumé par une impulsion d'allumage individuelle ayant une énergie élevée correspondante, des impulsions d'allumage individuelles de faible énergie, par trainsd'impulsions d'allumage,suffisent pour maintenir la com- bustion du mélange De ce fait, il est proposé, de façon avanta- geuse,que la durée des impulsions individuelles par trains d'impulsions et, par voie de conséquence, l'énergie des impul- sions d'allumage individuelles correspondantes,chute, comparati- vement aux premières impulsions individuelles,à une valeur plus faible, de préférence constante et suffisante pour assurer la poursuite de la combustion. Les trains d'impulsions avec, dans chacun d'eux, des impulsions individuelles modulées, sont produits, par exemple, dans un circuit de commande électronique qui est monté en amont du hacheur et qui est attaqué par un générateur, par exem- ple un générateur de point mort haut, disposé en un emplacement approprié du moteur et commandé par un détecteur Comme hacheur, on peut prévoir un transistor dont le circuit émetteur-collec- teur est monté en série avec l'enroulement primaire du transfor- mateur, ce montage circuit étant relié à une source de tension continue ou à une source de tension alternative redressée, alors que la base du transistor est reliée à un circuit de commande électronique ou que le transistor attaqué par la base est inté- gré dans le circuit de commande électronique. Dans ce qui suit, l'invention sera explicitée à l'aide de quelques exemples d'exécution Dans le dessin la figure l représente un premier exemple d'exécution d'un système d'allumage opéré selon l'invention, les figures 2 à 4 montrent le principe du système d'allumage conforme à l'invention, à l'aide de l'allure des 4 2510199 impulsions de commande et d'allumage, les figures 5 à 7 représentent d'autres exemples d'exé- cution pour des systèmes d'allumage commandés selon l'invention, la figure 8 est un exemple d'exécution pour un circuit de commande électronique selon l'invention, avec hacheur. Le système d'allumage selon la figure l montre un cir- cuit oscillant LC qui est constitué par une capacité C et par l'enroulement primaire P d'un transformateur, un hacheur ou un transistor Tp agissant comme un commutateur, et une résis- tance R 9 Le circuit oscillant, le transformateur et la résis- tance sont montés en série et il est relié à une source de ten- sion continue +E En parallèle sur le montage série du transis- tor et de la résistance R 9, est montée une diode D Du côté de la base, le transistor T est relié à un circuit de commande électronique réalisé sous la forme d'un modulateur auto-oscil- lant, tel qu'il est représenté, à titre d'exemple, dans la figure 8. Le transformateur comporte, du côté secondaire et par bougie Z 1 à Zn' un enroulement secondaire S-relié aux électro- des de la bougie et accouplé inductivement avec un enroulement auxiliaire S' bobiné en sens inverse Chacun des enroulements auxiliaires S' peut, par exemple par le moyen de commutateurs mécaniques, électromécaniques ou électroniques Il à In, comman- der à l'aide d'un détecteur et à la cadence des instants des impulsions d'allumage, être ouvert ou court-circuité, étant noté que lorsque l'enroulement auxiliaire est court-circuité, la haute tension, côté secondaire, de l'enroulement S disparaît ou son intensité se trouve diminuée au point qu'aucune étincel- le ne se forme au niveau des bougies Les détecteurs eux-mêmes sont disposés par exemple au niveau de l'axe du distributeur d'allumage. Ce système d'allumage fonctionne comme suit Un train d'impulsions selon la figure 2 déclenché à des intervalles Ap (voir figure 2) par un générateur non repré- senté, par exemple par un générateur commandé par le nombre de tours du moteur ou par un détecteur du point mort haut ou par un détecteur qui est accouplé avec le volant du démarreur, et qui est modulé par le circuit de commande électronique, attaque pendant la durée Cp la base du transistor T L'instant " O " 2510199 c'est-à-dire l'instant auquel chaque train d'impulsions indivi- duel intervient, tient compte de plusieurs paramètres du moteur, par exemple de l'instant qui correspond au point mort haut ou des valeurs déterminées par une sonde thermique. La durée At 1, At 2 et At 3 des premières impulsions indi- viduelles de chaque train d'impulsions est, comparativement à la durée At 4 des impulsions individuelles restantes du train d'impulsions, choisie à une valeur plus grande, la durée d'im- pulsions des premières impulsions individuelles diminuant dans la direction du train d'im Dulsions. En raison de la présence des trains d'impulsions selon la figure 2, le transistor Tp est traversé par un courant de collecteur Ic dont l'allure est représentée dans la figure 3. Par impulsion individuelle Ici' Ice tc 3 e c 4 ' la C du circuit oscillant CP est chargée et déchargée par l'inter- médiaire de l'enroulement primaire P du transformateur Il en résulte que dans l'enroulement secondaire S du transformateur est induit un train d'impulsions d'allumage selon l'allure re- présentée dans la figure 4 pour les impulsions d'allumage indi- viduelles 'zi' 'z 2 ' Iz 3 ' Iz 4 ' et si les commutateurs I à I sont dans leur position ouverte, et il est appliqué aux différentes bougies Z 1 a Zn L'ouverture des commutateurs Il à In qui peuvent par exemple être réalisés sous la forme de tran- sistors, est déclenchée, dans l'exemple d'exécution représenté, par des détecteurs non représentés qui sont prévus en des empla- cements appropriés de l'axe du rotor d'un distributeur d'allu- mage et qui commandent, à la cadence des trains d'impulsions d'allumage, les commutateurs I à In Ainsi que cela ressort des figures 2 à 4, la durée d'impulsion ou l'énergie des premières impulsions individuelles est choisie à une valeur supérieure à celle de la durée des impulsions de l'énergie des autres impulsions individuelles d'un même train d'impulsions La durée d'impulsion, en particulier de la première impulsion individuelle selon la figure 2 et, par voie de conséquence, l'énergie de l'impulsion d'allumage indi- viduelle correspondante Izl (voir figure 4),est choisie de telle manière que le mélange carburant-air soit allumé de façon certaine, même dans les conditions les plus difficiles Etant donné que le mélange est allumé déjà par la première impulsion 6 2510199 d'allumage individuelle, il suffit pour la seconde impulsion d'allumage individuelle et pour les impulsions d'allumage individuelles suivantes d'une énergie qui est moindre que l'impulsion qui la précède pour chuter finalement à une valeur constante pour que la combustion soit maintenue Il est bien entendu que selon les exigences les trains d'impulsions et cha- que impulsion individuelle sont modulés de façon quelconque par le circuit de commande électronique, du point de vue de la durée et de la fréquence et que chaque commutateur I à I de chaque enroulement auxiliaire soit attaqué au choix, c'est-à- dire soit ouvert ou fermé. La diode D sert de protection contre une surtension, et elle sert à supprimer les pointes de tension gênantes qui peu- vent éventuellement apparaître au niveau de l'enroulement pri- maire P La fonction de la résistance R 9 sera explicitée à l'ai- de du schéma de montage selon la figure 8 Pour le moment il suffit de mentionner que la tensionqui est due aux bornes de la résistance R 9, par suite du courant d'émetteur Ic est appliquée au circuit de commande électronique et commande l'état non passant et l'état passant du transistor TP' Pour une attaque identique du transistor T et des com- mutateurs I des enroulements auxiliaires S', les systèmes d'al- lumage selon les figures 5 et 6 se distinguent du système d'allumage selon la figure l seulement par leur côté secondaire du transformateur Les mêmes éléments sont donc désignés par les mêmes références, et il est inutile de répéter la description concernant le déroulement de la commande et de l'allumage. Le système d'allumage selon la figure 5 possède sur le côté secondaire du transformateur respectivement deux bougies montées en série Z 1, Z 3 et Z 4, Z 2 ' et un enroulement secondaire S également relié en série avec les bougies est respectivement couplé inductivement avec un enroulement auxiliaire S' Les systèmes d'allumage de ce genre sont mis en oeuvre pour des mo- teurs à carburateur à quatre cylindres. Le système d'allumage selon la figure 6 comporte un transformateur avec un enroulement secondaire unique S qui est couplé inductivement avec un enroulement auxiliaire S' équipé d'un interrupteur I L'enroulement secondaire S est relié au rotor L d'un répartiteur d'allumage Zv qui tourne dans la 7 2510199 direction de la flèche, en sorte que successivement et par l'intermédiaire des contacts k là k 4 la haute tension qui, lors- que le commutateur I est ouvert, est présente au niveau de l'enroulement secondaire S, arrive aux bougies Z 1 à Z 4 dans, l'ordre d'allumage Z 1, Z 3 Z 4, Z 2 Le commencement de l'allumage et la fin de l'allumage sont choisis de façon à assurer une tension d'allumage aussi uniforme que possible. Le système d'allumage selon la figure 7 est, à l'excep- tion de l'enroulement auxiliaire qui manque pour l'enroulement secondaire S, de constitution identique à celle du système d'allumage selon la figure 6, ce pourquoi les mêmes composants sont désignés par les mêmes références La durée de chaque train d'impulsions d'allumage est, par opposition aux exemples d'exé- cution décrits précédemment, commandée non par la mise en cir- cuit ou la mise hors circuit correspondante de l'enroulement auxiliaire S' mais uniquement par la durée d'attaque Cp du transistor Tp, déterminéepar l'étage à bascule M, repré- senté dans la figure 8, d'un circuit de commande électronique. Cela signifie que pendant la totalité de la durée Ap entre deux trains d'impulsions, aucune impulsion d'allumage n'atteint les électrodes de bougies. La figure 8 montre le schéma d'un circuit de commande électronique possible pour un système d'allumage du genre traité précédemment, et dont le mode de fonctionnement sera explicité ci-dessous: Lorsque le moteur est à l'arrêt, l'indicateur du point mort haut qui est prévu en amont du circuit de commande électro- nique selon la figure 8 et qui est commandé par le moteur, n'émet aucun signal Le multivibrateur monostable M est comman- dé dans son état "l", avec pour effet que le transistor Ti est dans son état passant, le transistor T 4 est dans son état non passant, le transistor T 5 est dans son état passant, les tran- sistors T 6 et T 7 sont dans leur état passant et, par conséquent le transistor Tp est également dans son état non passant. Si l'indicateur du point mort OT émet un signal, ce qui est le bas lorsque le moteur tourne, le multivibrateur mono- stable M est commandé dans son état " O ", avec pour conséquence que le transistor Ti est dans son état non passant ou bloqué, 8 2510199 que la capacité C 4 est chargée par l'intermédiaire du circuit RC, R 1-R 2-C 1, que le transistor T 2 qui est d'abord passant, passe progressivement dans son état non passant après modifica- tion de la tension aux bornes de la capacité Cl, que le transis- tor T 4 est dans son état passant, que le transistor T 5 est dans son état non passant, que les transistors T 6 et T 7 sont dans leur état passant et finalement que le transistor T est égale- ment dans son état passant. Il en résulte qu'un courant Ic passe par la résistance R 9 grâce à laquelle la tension aux bornes de la résistance croit en dents de scie jusqu'à ce que soit atteinte la valeur de seuil pour laquelle le transistor T 3 est à nouveau passant. De ce fait, un flanc de tension négative est transmis à la base du transistor T 4, en sorte que celui-ci devient non passant, que le transistor T 5 devient passant, que les transistors T 6 et T 7 deviennent non passants et que de ce fait le transistor Tp est lui aussi commandé dans son état non passant; cela signifie que le courant Ic passant par le transistor T est nul La capacité C est chargée par l'intermédiaire de la résis- tance R 6 et du circuit collecteur-émetteur du transistor T 5, et commande, après une durée T (T C 2 x R 6), le transistor T 4 dans son état passant, par l'intermédiaire de la diode Dl Ceci a pour conséquence que le transistor T est commandé dans son état non passant, que les transistors T 6 et T 7 sont commandés dans leur état passant et que de ce fait le transistor Tp de- vient à nouveau passant Le potentiel au niveau de la résistan- ce R croît à nouveau et atteint la valeur du seuil de réponse du transistor T 3, en sorte que celui-ci devient à nouveau pas- sant, que le transistor T 4 devient non passant, que le transis- tor T 5 devient passant, que les transistors T 6 et T 7, et avec eux le transistor T deviennent non passants. p Le cycle qui vient d'être décrit se répète tant que le multivibrateur monostable M est à nouveau commandé dans son état "l" Dans ce cas, le transistor T 3 devient d'abord non pas- sant, en fonction de la tension de charge du condensateur C 4, ce qui donne une impédance correspondante R 6 + R "collecteur- émetteur T 2 " parallèle à la résistance R 4 qui change en fonc- tion de la constante de temps du circuit de temporisation Rî- R 2-C En raison de l'impédance collecteur-émetteur du transistor 9 2 2510199 T 2 qui change en fonction de la tension appliquée à la base du transistor; le courant de collecteur du transistor T 3 change également Il en résulte une valeur de seuil de réponse variable du transistor T à l'aide de laquelle on peut augmenter la du- rée de conductibilité de ce transistor, en sorte qu'il en résul- te une durée de conductibilité plus longue pour le transistor Tp et un courant de collecteur Ic, de valeur accrue correspon- dante, passant par le transistor T Ceci est possible tant que la capacité C 1 a atteint la charge maximale; cela veut dire que tant que la capacité Cl est chargée, le courant de collecteur du transistor Tp est plus élevé, en raison de la du- rée de conductibilité plus longue de ce transistor Si la capa- cité C 1 a atteint sa valeur maximale, le transistor T 2 devient non passant et le courant de collecteur dans le transistor T 3 est limité par les résistances R 4 et R 5 La valeur de seuil de réponse du transistor 4 est donc atteinte plus rapidement de ce fait, il résulte une plus courte durée de conductibilité du transistor T 4 et finalement une durée de conductibilité plus courte du transistor Tp et un courant de collecteur moindre dans le transistor TP. Il est donc possible, par un réglage correspondant du circuit RC R 1-R 2-C 1, de choisir le nombre d'impulsions indivi- duelles qui commandent le transistor Tp et qui possèdent une durée d'impulsions qui conduit, du côté secondaire du transfor- mateur, à des impulsions d'allumage ayant une énergie la plus élevée possible. REVENDICATIONS 1 Système d'allumage pour des moteurs à combustion in- terne, plus particulièrement pour des moteurs à carburateur pour des véhicules automobiles, du type comportant un transfor- mateur dont l'enroulement primaire, alimenté par une source de tension continue ou par une source de tension alternative re- dressée, est commandé par un hacheur monté dans un circuit de commande électronique, et dont le côté secon- daire est susceptible d'être relié au choix avec les bougies, par l'intermédiaire d'au moins un enroulement secondaire, carac- térisé par le fait que le hacheur est commandé à l'aide de trains d'impulsions dont les impulsions individuelles sont modu- lées en durée de manière à alimenter les bougies avec les trains d'impulsions d'allumage dont les impulsions d'allumage individuelles sont modulées du point de vue de leur énergie. 2 Système d'allumage selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que le hacheur est commandé avec des trains d'impulsions dans lesquels, comparativement aux impulsions individuelles restantes, la durée d'au moins la première impul- sion individuelle est plus longue et est choisie de telle ma- nière que l'énergie de l'impulsion d'allumage individuelle correspondante soit suffisante pour allumer, dans les conditions les plus défavorables, le mélange carburant-air. 3 Système d'allumage selon les revendications 1 et 2 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que chaque première impulsion individuelle d'un train d'impulsions appli- qué au hacheur est modulée, du point de vue de sa durée,de ma- nière que l'impulsion d'allumage individuelle qui correspond à cette impulsion individuelle allume le mélange carburant-air dans les conditions les plus défavorables. 4 Système d'allumage selon les revendications 1 à 3 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que la durée des impulsions individuelles de chaque train d'impulsions dé- croit à une valeur constante. Système d'allumage selon les revendications là 4 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que les trains d'impulsions appliqués au hacheur sont produits et modulés à l'aide d'un circuit de commande électronique monté il 2510199 en amont du hacheur. 6 Système d'allumage selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé par le fait que le hacheur com- porte un transistor (T p) dont le circuit émetteur-collecteur est monté en série avec l'enroulement primaire (P) du transfor- mateur, que le circuit série ainsi formé est relié à une source de tension continue ou de tension alternative redressée et que la base du transistor (T p) est reliée au circuit de commande électronique. 7 Système d'allumage selon la revendication i prisaen combinaison avec l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que du côté secondaire le transformateur comporte, par bougie (Z 1 à Zn), un enroulement secondaire (S) relié aux électrodes des bougies et couplé inductivement avec un enroulement auxiliaire (S') bobiné en sens opposé, que le hacheur (T p) est commandé avec des trains d'impulsions cons- tants dont les impulsions individuelles sont modulées en durée et que les circuits court-circuités des enroulements auxiliai- res (S') sont ouverts, à la cadence de l'ordre d'allumage, au moyen de commutateurs mécaniques (Il, I 2 I n) électromécani- ques ou électroniques. 8 Système d'allumage selon la revendication 1 prise en combinaison avec l'une ou l'autre des revendications 2 à 7, caractérisé par le fait que du côté secondaire, le transforma- teur comporte, par paires de bougies, un enroulement secondaire (S) relié en série avec les bougies et couplé inductivement avec un enroulement auxiliaire (S') bobiné en sens inverse, que le hacheur (T p) est commandé avec des trains d'impulsions constants dont les impulsions individuelles sont modulées en durée et que les circuits court-circuités des enroulements auxiliaires (S') sont ouverts, à la cadence de l'ordre d'allu- mage, au moyen de commutateurs mécaniques (Il, I 2 In), électromécaniques ou électroniques. 9 Système d'allumage selon la revendication 1 prise en combinaison avec l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé par le fait que le transformateur comporte un seul et unique enroulement secondaire (S) couplé inductivement avec un enroulement auxiliaire (S') bobiné en sens opposé, que le hacheur (T) est commandé par des trains d'impulsions p 12 2 510199 constants dont les impulsions individuelles sont modulées en durée, et que l'enroulement secondaire, lorsque le circuit de l'enroulement auxiliaire est ouvert, est relié à la cadence de l'ordre d'allumage des bougies (Z 1 à Zn) par l'intermédiaire d'un distributeur mécanique ou électronique, lorsque le circuit de l'enroulement auxiliaire est ouvert. Système d'allumage selon la revendication i prise en combinaison avec l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé par le fait que le transformateur comporte un seul et unique enroulement secondaire (S) qui est relié,à la cadence de l'ordre de l'allumage, aux bougies (Z 1 à Zn) par l'intermé- diaire d'un répartiteur ou distributeur mécanique ou électroni- que, le hacheur (Tp) étant alimenté par des trains d'impulsions à impulsions individuelles modulées en conséquence et dont la durée est déterminée par l'instant de l'attaque du hacheur, qui est déterminé par un multivibrateur monostable (M) du circuit de commande électronique.