Brevet FR2514077A1 — publié le 19830408

La présente invention concerne un dispositif permettant l'application de la piézo-électricité à l'allumage des moteurs à combustion interne. Les moteurs actuels utilisent trois types principaux d'allumage: le type automobile (batterie-bobine-distributeur),le type cyclomoteur (volant magnétique),le type aviation (magnéto) mentionné ici pour mémoire. Les défauts inhérents à ces systèmes sont particulièrement évidents avec l'allumage type automobile qui comprend habituellement un alternateur,une batterie,une bobine,un distributeur,une bougie. L'alternateur fournit le courant électrique nécessaire à la fonction principale,l'allumage,et aux fonctions annexes,d8marrage etc... I1 doit,du fait de l'allumagesfonctionner constamment,mme lorsque les fonctions annexes sont inactivesfaute de quoi c'est la panne immobili satrice a bref délai;d'où un alternateur surdimensionné,surconsommation, usure prématurée et pannes. La batterie est constamment sollicitée par l'allumage et sa carence provoque la panne immobilisatrice immédiate;son rendement est loin d'être parfait, elle est sensible au froid,au manque d'entretien, aux fausses maneeuvres,à l'usage exagéré et l'alimentation de plusieurs fonctions annexes simultanément ou même successivement peut pénaliser ou parfois meme empêcher l'allumage.0'ou' également une batterie surdimensionnée,surconsommation,usure prématurée et pannes. na transformation du courant basse tension en courant haute tension par la bobine est également source de surconsommation;la bobine elle aussi vieillit et provoque des pannes. Dans le distributeur,le rupteur s'use,ee dérègle,doit entre remplacé;le condensateur vieillit et claque;l'allumage électronique qui les remplace parfois est d'un coût tres élevé.La tête s'use (plots,doigt) perd ses qualités isolantes (humidité,fendillement).Le bilan du distributeur est donc particulièrement mauvais: manque de fiabilité,mauvais rendement,détérioration des éléments aval et pannes. bougie subit les conséquences des déficiences précédentes: la mauvaise qualité fréquente de son alimentation la détériore rapidement et dégrade ou même empêche l'allumage. D'où pour l'ensemble du système:mauvaises performances,surconsommation,pollution,détériorations et pennes,à quoi l'on peut ajouter un coût de fabrication et de maintenance trous élevé L'allumage par volant magnétique présente des défauts similaires. Un allumage piézo-électrioue fournissant directement un courant haute tension supprime tous ces inconvénients.Cependant,malgré ces avantages é' Les substances piézo-électriques utilisées étaient soumises à des conditions (température,chocs,vibrations etc... )incompatibles avec un service de longue durée.La transmission du courant haute tension se faisait par un système de contacts mobiles reproduisant les défauts de l'allumage conventionnel à ce sujet.Le problème du réglage automatique de l'avance à l'allumage n'était pas valablement résolu,pas plus que l'interruption de l'allumage pour l'arrêt du moteur. Le prélèvement sur le moteur de l'énergie nécessaire à l'activation des substances piézo-électriques n'était pas concrètement résolu ou faisait appel à des solutions entraînant des modifications importantes dans la structure des moteurs et ne permettant pas l'adaptation du système aux moteurs existants. Le dispositif faisant l'objet de la présente invention apporte une solution pratique a' tous ces problèmes.Un conteneur en matière isolante reçoit une unité piézo-électrique pour chaque bougie du moteur considéré.Une unité piézo-électrique comprend une substance piézo-électrique,une électrode et un poussoir.Au conteneur aboutit un fil d'alimenta- tion pour chaque bougie.L'électrode relie la substance piézo-électrique au fil de bougie.Le conteneur est solidaire d'une partie métallique en forme de cage cylindrique dans laquelle tourne un doigt porteur d'un galet presseur.Une paroi de la cage comporte des orifices;dans chaque orifice vient s'insérer le poussoir d'une unité piézo-électrique;chaque poussoir se trouve sur le trajet du galet presseur;;une de ses faces est en contact avec la substance piézo-é-lectrique,l'autre est dans le plan du chemin de roulement du galet presseur.Cette face possède un profil en forme de coin de manière à compenser le retrait du poussoir provoqué par la déformation de la substance piézo-électrique dbe au phénomène d'électrostriction. Le galet presseur applique en permanence à la paroi de la cage qutil parcourt,une pression déterminée par un ressort convenablement taré et suffisante pour activer la substance piézo-électrique.Lorsque dans son trajet,le galet passe sur un orifice,il applique cette pression au poussoir qui lia transmet a-la substance piézo-électrique. La conformation du dispositif selon l'invention est fonction du moteur auquel il est destiné.Interviennent en particulier le cycle du moteur,le nombre de bougies,la structure du moteur et son usage, également le fait que le dispositif selon l'invention convertit un sys terme conventionnel d'allumage sur un moteur en service ou est monté comme système d'allumage d'origine sur un moteur neuf.L'implantation du dispositif selon l'invention,sa fixation au moteur,la manière dont il re çoit de ce dernier l'énergie nécessaire à son fonctionnement,sont dépendants du type de moteur considéré. Une première variante concerne l'application du dispositif selon l'invention aux moteurs de type automobile.Tel qu'il est représenté dans la figure 1,le dispositif est destiné à convertir l'allumage d'origine en allumage piézo-électrique.Il comprend une tête on matière isolante (1) dans laquelle on trouve les logements des fils de bougies (2) et dans le prolongement de chacun d'eux,le logement d'une unité piézo-électrique (3)reliée au logement du fil de bougie correspondant par une électrode (4);la logement du commutateur d'allumage (5)lequel dans la configuration représentée consiste en un cylindre en matière isolante (6) et en métal (7);dans ce logement aboutit une dérivation de )l'électrode (8) de chaque unité piézo-électrique;un systeme de fixation (9) sur le corps de l'allumeur d'origine. A cette t8te est fixée la cage métallique (10)recevant les poussoirs (11)eut dans laquelle tourne le doigt distributeur (12) portant le galet presseur (13) et le ressort taré (14), (Fig 3). Le doigt s'embatte sur l'axe de l'allumeur d'origine lequel a préalablement été débarrassé des éléments désormais inutiles (tête, doigt, rupteur, condensateur etc... ).Le dispositif selon l'invention est fixé sur le corps de l'allumeur par les fixations d'origine. Le cylindre commutateur d'allumage,dans la configuration représentée,est actionné par un système électro-mdgnétique (15);lorsque ce dernier est alimenté,le cylindre est attiré vers lui et sa partie inférieure métallique vient au contact des dérivations des électrodes et par l'intermédiaire du conducteur (16)réalise une mise à la masse des unités piézo-électriques,interrompant ainsi l'allumage.Le cylindre reprend sa position basse sous l'action d'un ressort (17)lorsque l'alimentation du système électro-magnétique est interrompue.Cette alimentation est effectuée par la batterie et peut être commandée par le clé de contact dans le cas d'un véhicule. Le dispositif selon l'invention tel qu'il est représenté dans la version ci-dessus,peut être réalisé comme allumage d'origine par l'adjonction d'un des systèmes de réglage- automatique de l'avanie 'a l'allumage en usage actuellement.Il peut d'autre part être réalisé dans une conformation différente de manière à s'adapter à la structure du moteur considéré,par exemple pour être fixé en bout de vilebrequin. Une seconde variante concerne l'application du dispositif selon l'invention aux moteurs dont l'allumage est actuellement réalisé par volant magnétique. il s'agit habituellement de moteurs monocylindres deux temps qu'on peut classer en deux catégories,l'une étant celle des moteurs dont le volant magnétique assure uniquement l'allumage à l'exclusion de toute autre fonction électriquepil s'agit le plus souvent de moteurs animant des outils,machines,tels que tronçonneuses,tondeuses à gazon,motoculteurs etc... Dans cette conformation,lè volant magnétique est remplacé par un volant d'inertie et par le dispositif selon l'invention tel qu'il est représenté dans la figure 2-Le dispositif est implanté à la sortie du vilebrequin, par exemple entre le moteur (18) et le volant d'inertie (19). La cage (20) est traversée par l'axe (21) émanant du vilebrequin,et le doigt (22) coaxial à cet axe est directement entratné par lui.Le galet presseur (23) roule sur la paroi latérale de la cage,l'unité piézo-élec- trique étant positionnée de façon à ce que le poussoir (24) soit inséré dans cette paroi.Le dispositif selon l'invention est fixé au moteur par des fixations (25) autorisant un pivotement suffisant pour permettre un réglage manuel de l'allumage. L'autre catégorie concerne des moteurs actionnant habituelle ment des véhicules et dont le volant magnétique alimente des fonctions annexes (démarrage,éclairage etc...). La solution précédente leur est applicable,la fourniture de courant électrique basse tension pouvant autre assurée par un alternateur. Dans le cas où les besoins annexes en courant basse tension sont particulièrement faibles,le volant magnétique peut autre conservé; l'unité assurant l'allumage est remplacée par un dispositif selon l'invention inspiré de la solution précédente et disposé éventuellement à l'intérieur du volant magnétique,tandis que l'unité fournissant le courant basse tension est conservée.Cette variante est particulièrement applicable à la conversion d'allumages conventionnels de.cyclomoteurs par exemple en allumages piézo-électriques. REVENDICATIONS 1- Dispositif d'allumage piézo-électrique destiné aux moteurs à combustion internegcomposé essentiellement d'un conteneur en matière isolante associé à une partie métallique an forme de cage circulaire; caractérisé en ce que le conteneur reçoit pour chaque bougie du moteur considéré une unité piézo-électrique formée pour le principal d'une substance piézo-électriqued'un poussoir et d'une électrode;;la cage recevant le mécanisme d'activation des unités piézo-electriques,lequel comporte un doigt tournant porteur d'un galet se déplaçant sur une paroi de la cage à laquelle il applique une pression déterminée par un ressort convenablement tarésuffisante pour activer les substances piézo-électriques utiliséas.Pour chaque unité piézo-électrique,un orifice pratiqué dans la paroi,permet à une face de son poussoir,située exactement au niveau de la surface de la paroi parcourue par le galet,de recevoir à chaque passage de ce dernier la pression d'activation nécessaire laquelle transmise aux substances piézo-électriques,est transformée en courant électrique à haute tension acheminé par l'intermédiaire ds l'électrode vers la bougie corrsspondante. 2- Dispositif salon la revendication 1 caractérisé par le fait que le retrait du poussoir provoqué par le phénomène d'électrostriction est compensé par le profil de la face du poussoir qui reçoit la pression. Ce profil est tel qu'au repos,le bord antérieur du poussoir (par rapport au sens de déplacement du galet) se trouve exactement au niveau de la surface de la paroi alors que le bord postérieur fait saillie d'une quantité égale au retrait prévu. Le passage du galet provoquant ce retrait,le bord postérieur se trouve alors au niveau exact de la surface de la paroi, permettant ainsi un déplacement sans secousses du galet. 3- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'étant destiné X un moteur comportant une seule bougie,le conteneur reçoit une seule unité piézo-électrique,le poussoir de celle-ci étant alors disposé dans la paroi latérale de la cage, le doigt étant entraîné par un arbre perpendiculaire à l'axe de symétrie du conteneur. 4- Dispositif selon la revendication 3 caractérise par le fait qu'il est fixé au moteur par un mode de fixation autorisant son déplacement pour permettre le réglage manuel de l'allumage. 5 - Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait qu'il est incorporé à un volant magnétique,en remplacement du dispositif d'allumage que comporte habituellement ce volant. 5- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le galet presseur est constitué par un roulement à aiguilles. 7- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé gar le fait qu'étant destiné à convertir l'allumage conventionnel d'un moteur de type automobile en allumage piézo-électrique selon l'invention,le conteneur reçoit plusieurs unités piézo-électriques dont les poussoirs sont disposés dans la paroi supérieure de la cage,le doigt étant embossé sur l'axe de l'allumeur d'origine;le dispositif selon l'invention vient prendre la place de la tête d'origine dont il utilise le mode de fixation,et bénéficie ainsi du dispositif de réglage automatique de l'avance à l'allumage d'origine. 8- Dispositif selon les revendications 1 et 7 caractérisé par le fait que le conteneur comporte un cylindre central creux auquel aboutit pour chaque unité piézo-électrique,une dérivation de son électrode.Dans ce cylindre coulisse une pièce composée d'une partie métallique prise dans de la matière isolante.Dans sa position basse,cette pièce est inactive;dans sa position haute,elle vient par sa partie mXtal- lique,en contact avec les dérivations,réalisant ainsi par l'intermédiaire d'un contact et d'un fil de masse,l'interruption de l'allumage. Un ressort maintient ordinairement la pièce dans sa position basse. 9- Dispositif selon les revendications 1,7 et 8,caractérisé par le fait que la mise en mouvement de le pièce chargée d'interrompre l'allumage est assurée par un dispositif électro-magnétique alimenté par la batterie du véhicule et commandé depuis le tableaude bord. 10- Dispositif selon les revendications 1,3,5 et 8 caractérisé par le fait que la pièce chargée d'interrompre l'allumage est commandée par un dispositif mécanique, à commande manuelle. 11- Dispositif selon les revendications 1 et 7 caractérisé par le fait qu'étant destiné à équiper d'origine des moteurs,lui est associé un système de réglage automatioue de l'avance à l'allumage. 12- Dispositif selon la revendication 1,catactérisé par le fait que la paroi latérale du logement d'une unité piézo-électrique est gainée d'une matière autolubrifiante.