Brevet FR2524728A1 — publié le 19831007

La pente invention concerne les dispositifs d'allumage électronique pour moteurs à combustion interne. Les dispositifs d'allumage électronique font généralement appel a l'utilisation de transistors de commutation. L'invention a notamment pour but de réduire au minimum l'énergie dissipée dans ces transistors de commutation. Elle a donc pour objet un circuit de commande de l'allumage électronique pour moteur à combustion interne comportant une bobine d'allumage connectée aux bornes d'une source de tension continue par l'intermédiaire d'un transistor de commutation et des moyens de commande de la conduction dudit transistor de commutation, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comprennent des moyens pour rendre le transistor de commutation conducteur en vue de permettre la charge de la bobine à l'issue d'un intervalle de temps qui est fonction de la vitesse du moteur et des moyens de detection du courant de charge de la bobine. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessinsannexés,donnésllniquement à titre d'exemple et sur lesquels - la Fig.l est un schéma électrique du dispositif de commande suivant l'invention; - la Fig.2 est un dhronogramme montrant le fonctionnement du circuit de la Fig.l au ralenti et a un régime voisin du maximum. Le circuit représenté au dessin comporte un circuit monostable 1 de mise en forme d'impulsions d'entrée dont la sortie est connectée à l'entrée de commande d'un interrupteur commandé 2 aux bornes duquel est branché un premier condensateur C1 connecté en série avec une source de courant 3 commandée par tension par un amplificateur 3a. A la jonction de la source de courant 3 et du condensateur C1 est connectée l'entré d'un circuit suiveur de tension 4 dont la sortie est reliée à l'entrée non-inverseuse d'un comparateur 5 dont l'entrée inverseuse est connectée à une source de tension U1 et dont là sortie est reliée à l'entrée 5 d'un basculeur R/S 6. L'entrée R de celui-ci est reliée à la sortie du circuit monostable 1. La sortie Q du basculeur 6 est connectée à l'entrée de commande de l'amplificateur 3a. La source de courant 3 est connectée en série avec le premier condensateur C1 entre une tension VR et la masse. En parallèle sur le circuit série ainsi constitué est connecté un circuit de limitation 7 constitué par un pont diviseur associé à une diode,dont la sortie est connectée à une entrée d'une autre source de courant 8 commandée par tension par un amplificateur 8a dont l'entrée non-inverseuse est connectée à l'entrée non-inverseuse de l'amplificateur 3a de la source de courant 3. Un second condensateur C2 est connecté entre la tension VR et la connexion entre les entrées non-inverseuses des amplificateurs 3a et 8a. Les entrées inverseuses de ces amplificateurs sont connectées à la masse par l'intermédiaire de résistances respectives R1 et R2. La source de courant 8 est connectée à un circuit réflecteur de courant 9 lui-même connecté à la masse et commandé par un interrupteur 10. La sortie du circuit 4 suiveur de tension est connectée par l'intermédiaire d'un circuit diviseur 11 à l'entrée non-inverseuse d'un amplificateur de sortie 12 dont la borne de commande est reliée à la sortie Q du basculeur 6. L'électrode de commande de l'interrupteur 10 est connectée à la sortie d'un comparateur 13 dont une entrée est connectée à la sortie d'un circuit détecteur 14 connecté au transistor de commutation 15 branché en série avec une résistance 16 et la bobine d'allumage 17 aux bornes de la batterie B d'alimentation du moteur équipé du dispositif suivant l'invention. Ce dispositif fonctionne de la façon suivante. Le circuit est alimenté par une source de tension régulée VR constituée par un régulateur de tension (non représenté) connecté à la batterie B+. Lors de l'alimentation du circuit, on suppose que les conditions suivantes sont remplies : - Les condensateurs C1 et C2 sont déchargés; - Le basculeur 6 est dans un état tel que ses sorties Q et Q sont respectivement à O et à 1; - I1 n'y a pas de signal d'entrée. Le condensateur C2 étant connecté à VR, une tension à peu près égale à VR est présente à l'entrée non-inverseuse de l'amplificateur 3a associé à la source de courant commandée en tension 3, de sorte qu'un courant égal à VC2/Rl est délivré au condensateur C1. La tension aux bornes de ce condensateur est appliquée au circuit 4 suiveur de tension. Lorsqu'elle atteint une valeur égale à la tension de référence interne U1, le comparateur 5 fait changer d'état le basculeur 6, de sorte que sa sortie Q passe à 1 tandis que sa sortie Q passe à 0. Cette situation entraine la réalisation simul tanée des opérations suivantes - La source de courant 3 est coupée; - La source de courant 8 est déclenchée; - L'amplificateur de sortie 12 est rendu conducteur. La conduction de l'amplificateur de sortie 12 provoque la saturation du transistor de commutation 15 et la bobine d'allumage 17 commence à se charger. Le circuit détecteur 14 détecte la tension de collecteur du transistor de commutation 15 et provoque sa comparaison avec une valeur de référence interne U2 dans le comparateur 13. Aussi longtemps que le transistor 15 est saturé, le comparateur 13 maintient l'interrupteur 10 fermé de sorte que la partie nI1 du courant de sortie de la source de courant 8 est court-circuitée à la masse et que l'armature inférieure du condensateur C2 est maintenue à une tension voisine de VR Lorsque la bobine 17 est chargée à une valeur telle que le courant dans la résistance 16 correspond à une fraction de la tension à la sortie du circuit 4 suiveur de tension, fraction qui est définie par le circuit diviseur 11, l'amplificateur de sortie 12 commence à réguler le courant dans la bobine 17 et le transistor de commutation 15 se désature.Le comparateur 13 détecte l'accroissement suivant de la tension VCE du transistor 15 par l'intermédiaire du circuit détecteur 14, et ouvre l'interrupteur 10 permettant au circuit 9 de soustraire du courant iî du courant nI1 de façon à charger le condensateur C2 au moyen d'un courant négatif égal à (n-l)Il. On remarquera que selon la conception de l'amplificateur de sortie 12, il est possible de détecter une modification du courant de base au lieu de la tension collecteur du transistor de commutation 15, en vue d'actionner l'interrupteur 10. Si on n'utilise pas de limitation de courant, le comparateur 13 détecte directement la tension aux bornes de la résistance, tension qui indique que la limite de courant fixée a été atteinte. Le principe de fonctionnement reste inchangé.Le courant de valeur (n-1-11 ainsi obtenu maintient à un niveau bas l'armature du condensateur C2 ounosée à la source de tension VD, tant cue le circuit de sortie se trouve dans le mode de limitation de courant, jusqu'à ce qu une tension minimale définie rar le circuit de limitation 7 soit atteinte. Une fois que la bobine 17 est chargée, ou bien le moteur est mis en route, ou bien il ne l'est pas. Si le moteur n'est pas mis en route ( ou bien s'il cale bien que son circuit d'allumage soit alimenté), le condensateur C1 décharge lentement dans l'impédance d'entrée du circuit suiveur de tension 4. La tension de référence à l'entrée de l'amplificateur de sortie 12 décroit lentement et provoque une diminution lente du courant dans la bobine 17, de sorte qu'il se produit un retrait d'énergie de la bobine 17 et du transistor de commutation 15 sans formation d'étincelle. Si le moteur est mis en route pendant que le courant a encore une intensité suffisante dans la bobine 17 pour engendrer une étincelle, à l'apparition du front montant du signal d'entrée qui peut provenir d'un détecteur d'un type quelconque ou même d'un calculateur, le circuit mono stable 1 délivre une impulsion étroite qui provoque en fermant l'interrupteur 2, la décharge du condensateur C1 par l'intermédiaire de cet interrupteur et ramène le circuit basculeur 6 à son état initial de sorte que - la source de courant 3 est déchargée; - la source de courant 8 est bloquée; - l'amplificateur de sortie 12 est bloqué. I1 en résulte que le condensateur C1 est à nouveau chargé, mais avec une vitesse plus faible que précédemment, cette nouvelle vitesse de charge étant déterminée par la tension sur l'armature inférieure du condensateur C2. Le condensateur C2 n'est plus alimenté en courant de sorte que sa charge conserve la valeur atteinte à la fin du cycle précédent. Si le courant circulant dans la bobine 17 est toujours suffisamment élevé lorsque l'amplificateur de sortie est bloqué, une étincelle est engendrée et'le moteur peut démarrer. Si le courant dans la bobine d'induction 17 est trop faible pour engendrer une étincelle ou si le moteur ne démarre pas, mais continue à être mis en route, le condensateur C1 se charge jusqu' une tension égale à U1 comme décrit plus haut, mais avec une vitesse plus faible. Cette vitesse peut être telle que ladite tension est atteinte en un temps légèrement plus faible que la période minimale de mise en route, afin que l'amplificateur de sortie 12 soit rendu conducteur, suffisamment en avance pour charger la bobine 17 avant qu'un nouveau point d'allumage soit atteint. Etant donné que la mise en route est une opération qui se produit très peu souvent, peu d'énergie excédentaire est engendrée si le temps de charge maximal est choisi légèrement inférieur à la période d'allumage pour une vitesse au ralenti. Ce temps est déterminé par le circuit de limitation 7. Lorsque le moteur démarre, si les constantes de temps sont bien choisies, la tension sur l'armature inférieure du condensateur C2 reste à la valeur déterminée par le circuit de limitation 7. Lors d'une accélération du moteur, le temps pendant lequel le circuit de sortie reste dans le mode de limitation de courant tend à décroitre. Lorsqu'il dépasse une valeur égale à l/(n-l) du temps nécessaire pour charger la bobine d'allumage 17, l'équilibre des charges appliquées au condensateur C2 et retirées à celui-ci est tel que la tension ne reste pas plus longtemps à la valeur déterminée par le circuit de limitation 7, mais croît augmentant ainsi le courant de charge dans le condensateur C1 qui tend à placer le circuit de sortie à l'état de conduction plus tôt que précèdemment. Ceci augmente le temps pendant lequel le circuit de sortie reste dans le mode de limitation de courant, de sorte que la tension du condensateur C2 décroît. - En fait, le circuit de l'invention assure une régulation avec un rapport du temps de charge au temps de limitation de courant égal à (n-l). Une bonne stabilité surtout pour les accélérations est obtenue si la constante de temps R2 C2 est fonction de la vitesse instantanée du moteur. Comme il n'est pas facile de faire varier les valeurs de C2 ou de R2, la source de courant 8 commandée en tension est commandée à partir de la tension sur l'armature inférieure du condensateur C2 qui est à peu près proportionnelle à la vitesse du moteur. Pour une vitesse élevée du moteur, lorsque la période d'allumage devient inférieure à n/ n/(n~l) fois le temps nécessaire pour charger la bobine 17, un temps minimal est donné pour que l'étincelle d'allumage ait lieu afin d'empêcher le transistor de commutation d'être rendu à nouveau conducteur avec plusieurs centaines de volts sur son collecteur. Ce temps est obtenu par le temps de charge minimal du condensateur C1 lorsque la tension du conden sateur C2 est voisine de la tension VR. Le circuit quixvient d'être décrit ne nécessite que quatre composants extérieurs soit deux résistances et deux condensateurs. I1 est autoadaptable dans de larges limites aux caractéristiques de vitesse et à celles de la bobine ainsi qu'à la tension batterie pour maintenir à un minimum l'énergie dissipée dans le transistor de commutation. Bien qu'étant conçu pour commander une bobine d'allumage, le circuit peut être utilisé dans tous les cas où un fonctionnement similaire est nécessaire. Un exemple type de fonctionnement du circuit de la Fig.l va maintenant être décrit en référence à la Fig.2. Le chronogramme représenté à la Fig.2 est scindé en deux parties - La partie de gauche représente le fonctionnement du circuit de la Fig.l, à partir du ralenti (600 t/m) avec accélération; - La partie de droite montre le fonctionnement à un régime voisin du maximum habituel (6000 t/min). Les tensions et courants ainsi que leurs relations ne sont évidemment donnés qu'à titre indicatif pour une meilleure compréhension du système. La ligne supérieure représente le signal d'entrée dont seul le front avant est important puisque c'est lui qui décide du point d'allumage. I1 provoque la décharge de C1 et la coupure du courant 1B dans la bobine 17, donc la production de l'étincelle due à la surtension de la tension VCE du transistor 15 symbolisée sur le graphique par une flèche en forme d'éclair. On suppose que la tension Vc2 sur l'armature inférieure du condensateur est alors de 0,5V. La pente de la tension aux bornes de C1 ayant été choisie égale à Vc2/ms soit ici, 0,1 V/ms et la référence interne U1 étant fixée à 4V, VC1 atteindra le point de référence au bout de 40 ms. Le circuit met alors en conduction le transistor de owlissance 15 dont la tension VCE passe de 12 V à 2 V et le courant commence à croître dans la bobine; pendant ce temps, le courant I1 fait monter la tension Vc2 avec une pente telle que VC2 augmente de 25 mV en 8 ms qui est le temps de charge nominal de la bobine 17. La bobine étant chargée à 5 A, valeur déterminée par la résistance 16 et le pont diviseur 11, le transistor de puissance 15 se désature et sa tension VCE passe le seuil U2 (environ 6 V) pour atteindre une tension égale à la tension de batterie (environ 12 V) moins la chute de tension dans la bobine (environ 2 V). A ce moment, le courant nI1 fait décroître la tension VC2 de façon qu'au bout de 2 ms, elle soit revenue à sa valeur précédente. (Ici, on a choisi une valeur de n = 5 de façon que le temps de régulation soit égal au quart du temps de charge ou au cinquième du temps de conduction). Dans la deuxième période, la rampe VCl montera donc à la même vitesse que précédemment, mais le moteur a accéléré, il est passé . 625 t/m (période = 48 ms); donc pendant la charge de la bobine, Vc2 va également monter de 25 mV, mais l'allumage survenant avant que le système soit passé en régulation de courant, la tension Vc2 ne redescendra pas. (Si l'accélération avait été moins import tante, elle serait redescendue mais serait, de toute façon, restée supérieure à sa valeur précédente). Le courant ayant, quand même, atteint une valeur suffisante dans le bobine, l'allumage a lieu. Par contre, à la période suivante ( également 48 ms), la rampe VC1 montera plus vite et atteindra le point de référence plus tôt mettant donc la bobine en conduction plus tôt ce qui laissera apparaître à nouveau un temps de régulation qui finira pas de stabiliser au 1/5 du temps de conduction. En décélération, le temps de régulation augmentant, la tension Vc2 descendra plus qu'elle ne monte et le système finira par s'adapter au nouveau régime. En cas de variation des autres paramètre: tension de batterie, caractéristiques de la bobine ou du transistor de puissance, tous réagissant sur le temps de charge de la bobine, l'asservissement fera en sorte que le rapport 1/5 entre le temps de régulation et le temps de conduction soit conservé. A haut régime représenté sur le diagramme de droite de la Fig.2, il peut arriver que le temps de charge de la bobine soit égal ou même supérieur au temps compris entre deux étincelles. il faut, dans ce cas, éviter de remettre le transistor de puissance 15 en conduction alors que la surtension de l'étincelle est encore présente sur son collecteur. Pource faire, un temps minimal, ici de 1 ms, est laissé disponible pour que l'étincelle ait lieu et que la tension V CE du transistor soit revenue à sa valeur normale (environ 12 V). Ce temps minimal est déterminé par la vitesse maximale de montée de Vcl quand VC2 est à son niveau maximal (pratiquement VR). R Dans ce cas, la bobine est incomplètement chargée, mais sa charge est quand même suffisante pour obtenir une étincelle. REVENDICATIONS 1. Circuit de commande de l'allumage électronique pour moteur à combustion interne comportant une bobine d'allumage (17) connectée aux bornes d'une source de tension continue (B+) par l'intermédiaire d'un transistor de commutation (15) et des moyens de commande de la conduction dudit transistor de commutation, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comprennent des moyens (3,4,5,6,7,C1,C2) pour rendre le transistor de commutation (15) conducteur en vue de permettre la charge de la bobine (17) à l'issue d'un intervale de temps qui est fonction de la vitesse du moteur, et des moyens (8,9, 10,11,13,14,16) de détection du courant de charge de la bobine (17). 2. Circuit de commande d'allumage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour rendre conducteur le transistor de commutation (15) comprennent une première source de courant (3) connectée à un premier condensateur (C1) dont la décharge est commandée par des impulsions de commande d'allumage et qui est connecté à un circuit de commutation (6) destiné à couper ladite première source de courant (3) lorsque la tension aux bornes dudit premier condensateur (C1) atteint une valeur (U1) prédéterminée et à provoquer simultanément la conduction du transistor de commutation (15) et une seconde source de courant (8) commandée par la valeur du courant circulant dans ladite bobine et destinée à provoquer la Charge d'un second condensateur (C2), connecté à la première source de courant (3) et dont l'état de charge détermine le courant de charge dudit premier condensateur (C1). 3. Circuit de commande d'allumage suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'aux bornes du premier condensateur (C1) est connecté un interrupteur (2) commandé par les signaux de commande d'allumage et en ce que ledit commutateur est une bascu leur bistable (6) dont une première entrée (R) est connectée à l'entrée du circuit recevant les signaux de commande d'allumage, dont une seconde entrée (S) est connectée à la sortie d'un comparateur (5) de la tension du premier condensateur (C1) à la tension de référence in1), une première sortie (Q) dudit basculeur étant connectée à une entrée de commande de ladite première source de courant et une seconde sortie (Q) de ce basculeur étant connectée à une entrée de commande d'un amplificateur (12) de commande du transistor de commutation (15). 4. Circuit de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (7) de détermination du temps maximal de charge dudit premier condensateur (C1), dont la valeur est légèrement inférieure à la période d'allumage pour une vitesse au ralenti. 5. Circuit de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite seconde source de courant présente une premiere sortie délivrant un courant d'une première valeur (I1) et une seconde sortie délivrant un courant d'une seconde valeur (ni1), ladite première sortie étant en outre connectée au second condensateur (C2) et aux moyens (7) de détermination du temps maximal de charge dudit premier condensateur (C1). 6. Circuit de commande suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection du courant de charge de la bobine (17) comprennent un détecteur (14) du courant de charge de la bobine, connecté à un comparateur (13) dudit courant de charge avec une valeur (U2) de référence, ledit comparateur commandant l'ouverture d'un interrupteur (10) de dérivation du courant (nI1) circulant dans ladite seconde sortie de la seconde source de courant (8) lorsque le courant clans la bobine (17) atteint une valeur détermirée pour provoquer ainsi la variation de la tension sur ledit second condensateur (C2) en vue d'accroitre le temps de charge du premier condensateur (C1) et par conséquent le temps pendant lequel le courant du transistor de commutation (15) est égal ou supérieur à une limite fixée à l'avance.