Brevet FR2577623A1 — publié le 19860822

Circuit d'allumage, notamment pour des moteurs à combustion interne à allumage par magnéto La présente invention concerne un circuit d'allumage pour des mo- teurs de petite taille, et en particulier pour des moteurs à combus- tion interne à allumage par magnéto. Plus particulièrement, l'inven- tion concerne un circuit d'allumage électronique destiné à de tels mo- teurs et assurant].a commande automatique de l'avance à l'allumage. Les moteurs à combustion interne de petite taille comprennent une magnéto pour produire l'impulsion qui déclenche l'inflammation dans les cylindres o le mélange de combustible et d'air a été comprimé. Selon le mode de conception initial de ces moteurs, l'impulsion élec- trique produite par la magnéto -c'est-à-dire l'ensemble aimant/bobine qui était mis en rotation relative par l'arbre du moteur- allumait les bougies d'allumage dans un ordre adéquat, l'impulsion étant amplifiée par l'action de contacts de rupteur et d'une bobine amplificatrice de tension, et la commande de l'allumage s'effectuant au moyen de facteurs mécaniques tels que le décalage mutuel des différents élé- ments du système d'allumage. L'"avance" de la bougie nécessaire à des vitesses de rotation accrues du moteur était obtenue en déplaçant mé- caniquement un élément du système d'allumage. Ces systèmes suppriment la nécessité d'une batterie ou autre sour- ce d'énergie électrique; aussi l'emploi de moteurs à allumage par ma- gnéto s'est-il largement développé, notamment pour des moteurs de pe- tite tai.lle, d'une puissance inférieure à -par exemple- 100 ch, avec des dimensions et des applications diverses. Au cours de ces dernières années, les efforts ont été porté sur la mise au point de systèmes d'allumage électronique utilisant l'ali- mentation par magnéto et, en particulier,].a commutation électronique pour éliminer les contacts de rupteur qui ont par le passé posé des problèmes de fiabilité, notamment pour des applications militaires ou gouvernementales, o les moteurs doivent se conformer à des exigences de fonctionnement très strictes. Si de tels systèmes d'allumage électronique ont déjà été mis au point, ils ne sont eux non plus pas très fiables, et il n'est pas rare que,].ors de l'achat d'une quantité importante de systèmes autonomes - 2 - de commande électronique d'allumage, et même s'ils sont prévus pour se conformer à des spécifications gouvernementales ou militaires, une partie importante des systèmes ne soit pas à la hauteur des normes de fonctionnement requises, et soit donc inutilisable et à remplacer. Habituellement, il est prévu un déclenchement du type par magnéto en plus de la production par magnéto du courant d'allumage des bougies. La présente invention a pour principal objectif de fournir, notam- ment pour des moteurs de petite taille et pour des moteurs à allumage par magnéto, un système d'allumage amélioré qui permette d'une manière générale d'éliminer les inconvénients susmentionnés. Un autre objectif de l'invention est de fournir des systèmes d'al- lumage électroniques qui suppriment totalement les bobines de déclen- chement précédemment requises dans les systèmes magnétiques pour la production effective des décharges aux bougies d'allumage, éliminant ainsi les inconvénients associés à l'emploi de telles bobines, à sa- voir les décalages de points de fonctionnement résultant de modifica- tions des conditions de fonctionnement. L'invention a également pour objectif d'éliminer les problèmes rencontrés avec les systèmes mécaniques d'avance à l'allumage. Encore un autre but de la présente invention est de fournir un système d'allumage qui puisse être reproduit de façon très fiable et être fabriqué facilement, qui soit de conception compacte, qui utili- se des composants relativement simples et disponibles, qui soit d'un coût peu élevé, qui puisse être appliqué à pratiquement tous les mo- teurs commandés par magnéto, et qui présente une stabilité excellente sur une large gamme de vitesse et de température de fonctionnement. La demanderesse a constaté qu'il était possible d'utiliser égale- ment comme commande de déclenchement la bobine précédemment employée pour la production de courant à basse tension, en prévoyant comme cir- cuit de commande de l'avance à l'allumage un réseau électronique nonlinéaire disposé entre cette bobine et un élément déc].enchable qui décharge un condensateur par l'intermédiaire de bobines de trans- formateur reliées aux différentes bougies d'allumage, éliminant ainsi les inconvénients précités des systèmes conventionnels d'allumage par magnéto, et même les systèmes d'allumage électronique qui, par le -3- passe, étaient liés aux entrées de la magnéto. En conséquence, le système d'allumage selon l'invention comprend essentiellement un réseau de charge de condensateur qui est relié à la bobine de magnéto à basse tension du moteur et qui charge un con- densateur de la bougie ou du groupe de bougies qui doit être allu- mé(e), un circuit de déclenchement qui est monté entre ce condensateur et les bougies d'allumage qui doivent être simultanément allumées et qui comporte un élément de commande, et le réseau' non-linéaire susmentionné qui est alimenté indépendamment par la magnéto, la ré- ponse à la pente de la courbe d'augmentation de tension de cette der- nière déclenchant, automatiquement et d'une manière non-linéaire adé- quate, le circuit ou réseau au point approprié, afin de décharger le condensateur et donc d'allumer la bougie. Avec le système selon l'invention, l'avance nécessaire est donc détectée en décalant la réponse du réseau non-linéaire conformément à la modification de la pente de la courbe d'augmentation de tension de la magnéto, qui signale une modification de vitesse de rotation du moteur nécessitant une avance à l'allumage augmentée ou réduite. Lors- qu'on parle de "pente de la courbe d'augmentation de tension", il doit être entendu que l'on peut utiliser dans le cadre de la présente invention une quelconque des branches de l'impulsion de tension produite par la magnéto. Le circuit non-linéaire peut comprendre un élément non-linéaire sous la forme d'un bloc de diodes non-linéaires, groupe de diodes Zé- ner par exemple, ou d'un transistor unijonction programmable, étant entendu que l'on peut également employer tout autre élément non-linéaire connu du technicien moyen, dans la mesure o le transis- tor qui transmet le signal de déclenchement en provenance du réseau non-linéaire est actionné au point de la courbe de réponse non-linéai- re de l'élément qui convient pour adapter le réseau de déclenchement au degré souhaité d'avance à l'allumage. Le circuit de charge du condensateur peut comprendre un réseau limiteur de tension, et le réseau ou circuit de déclenchement peut comprendre un thyristor, un thyristor au silicium ("SCR'"), ou autre élément de commutation déclenchable présentant un bref temps de ré- -4 - ponse, tel qu'un transistor à effet de champ ("MOSFET"). Les différents objectifs, caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront plus clairement à l'aide de l'exposé sui- vant qui s'appuie sur le dessin annexé, dans lequel: Figure 1 représente un schéma-bloc des principaux éléments d'un système d'allumage par magnéto selon l'invention, Figure 2 est un schéma de câblage détaillé de ce système, appli- qué à un moteur à cylindres à allumage par magnéto selon l'invention, Figure 3 est un schéma de câblage d'une autre variante de module électronique d'allumage à avance logarithmique, pour un système d'al- lumage par magnéto selon l'invention, et Figure 4 est un schéma de câblage d'un système similaire utili- sant un transistor unijonction pour le déclenchement de la décharge par l'intermédiaire de la bobine d'allumage ou transformateur. D'après la figure 1, on comprendra aisément que le moteur à com- bustion interne peut être muni d'une magnéto dont l'aimant permanent n'est que partiellement représenté sur la figure, et qui coopère avec une bobine de magnéto dont seule la partie basse tension est uti- lisée dans le cadre de l'invention. A la figure 1, cette bobine est désignée par la référence 11. La tension redressée fournie par cette bobine est appliquée par l'intermédiaire d'un réseau ou circuit de charge 12 à un condensateur 13, de sorte que le circuit d'allumage selon l'invention peut être considéré comme un circuit d'allumage à décharge de condensateur. Le circuit de décharge ou de déclenchement est représenté en 14; il fournit une impulsion à haute tension à une bougie d'allumage 15 lorsqu'il reçoit un ordre de déclenchement en provenance d'un réseau non-linéaire 16 qui réagit à la forme de la tension produite dans la bobine 11. Comme la réponse du réseau non-linéaire est logarithmique, une modification de la forme d'onde dans la bobine de magnéto 11 entraîne le décalage de la réponse du réseau non-linéaire le long de sa courbe caractéristique logarithmique, déclenchant ainsi le circuit 14- avec un décalage adéquat de.l'avance correspondant à la vitesse de rotation du. moteur, attendu que la forme d'onde de la magnéto est fonction de -5- cette vitesse. La figure 2 présente un mode de réalisation dans la pratique du circuit selon la figure 1; on constate que la bobine de magnéto 11 est reliée à un réseau de charge 12 qui comprend des diodes redresseu- ses 12a, 12b et 12c reliées de manière à redresser le signal fourni au condensateur 3. Le circuit de charge comprend également une diode de blocage à polarité inversée 12d, ainsi qu'une cascade de diodes Zéner 12e constituant un limiteur de tension pour le signal de charge. Le réseau de déclenchement 14 comprend un interrupteur électroni- que à réponse rapide, présenté ici sous la forme d'un thyristor 14a qui est court-circuité par un circuit d'étouffement constitué d'une résistance 14b et d'un condensateur 14c, et dont la gachette 14d est, comme on le décrira plus loin, reliée au circuit non-linéaire 16. Le circuit de déclenchement comprend également une paire de bobines d'al- lumage 14e et 14f pour les bougies d'allumage 15a et 15b de deux cy- lindres du moteur qui peuvent être allumées simultanément conformé- ment à la pratique habituelle pour les moteurs à allumage par magnéto, un de ces cylindres étant en période de compression pendant que ]'autre est en période d'échappement, o la décharge de la bougie d'allumage n'a pas d'effet néfaste. Dans le cas d'un moteur à 4 cylindres, les bougies d'allumage 15c et 15d, qui doivent être allumées à un moment décalé par rapport au moment d'al]lumage des bougies 15a et 15b, sont munies de bobines d'al- lumage 14e' et 14f' faisant partie d'un circuit de déclenchement dé- doublé 14' muni d'un thyristor 14a' dont la gachette 14d' est excitée par le circuit non-linéaire 16'. Un circuit d'étouffement constitué d'une résistance 14' et d'un condensateur 14c' court-circuite les électrodes de puissance du thyristor 14a'. Le circuit de charge 12' fonctionne vers le condensateur 13 de la manière déjà décrite, et il comprend une bobine de magnéto distincte 11' et un bloc correspondant de diodes redresseuses 12a', 12b' et 12c'. Dans]le mode de réa].isation représenté, le circuit non-linéaire fonctionne sur le flanc arrière de l'impu]lsion de charge, ce signal étant, par l'intermédiaire d'une diode 16a ou 16a', transmis au réseau -6- nonlinéaire constitué d'une diode Zéner 16b, 16b' en série avec une résistance 16c, 16c', et à l'émetteur, à travers la résistance 16f, 16f', émetteur par l'intermédiaire duquel le signal de déclenchement destiné au thyristor correspondant est appliqué. Les circuits de déclenchement sont complétés par un diviseur de tension 16g ou 16g' qui est relié par l'intermédiaire d'un condensa- teur 16h, 16h' à la jonction entre la résistance 16f, 16f' et la cas- cade de diodes 16d correspondante. Un condensateur 16i ou 16i' est également raccordé au réseau émetteur - base. On admettra aisément qu'à chaque fois qu'un des aimants du rotor passe devant la bobine correspondante, un signal redressé charge le condensateur. On notera que, du fait de la réponse conventionnelle souhaitée, les redresseurs des circuits de charge sont polarisés néga- tivement vers le condensateur; mais un fonctionnement en polarité op- posée serait tout aussi possible. Selon la vitesse de rotation du moteur, le circuit non-linéaire réagit de manière à rendre conducteur le transistor 16e ou 16e' asso- cié aux points appropriés, et d'exciter ainsi le thyristor 14 ou 14' de manière à ce que les condensateurs se déchargent par l'intermédiai- re des bobines correspondantes, et allument les bougies correspondan- tes. Outre le fait que le circuit selon l'invention présente des avan- tages évidents du fait de sa simplicité, de son faible nombre de com- posants et donc de sa fiabilité accrue, il convient de remarquer que la demanderesse a constaté que l'ensemble des éléments représentés à la figure 2, y compris les bobines d'allumage et les câbles menant aux bougies d'allumage, ainsi bien sûr que les câbles menant aux bo- bines de magnéto, peut être logé dans un boîtier d'une taille plu- sieurs fois inférieure à celle des systèmes connus d'allumage élec- tronique pour de tels moteurs à allumage par magnéto. Les bobines de déclenchement associées à la magnéto sont totalement supprimées. Le circuit non-linéaire assure la commande automatique de l'avance à l'allumage, avec une précision élevée de l'allumage des différents cy- lindres. La puissance d'allumage disponible à bas régimes est élevée, et le moteur démarre mieux, dans pratiquement toutes les conditions. -7 - Du point de vue électrique, l'appareillage est stable sur une plage étendue de régime et de température. A la figure 3, l'aimant M de la magnéto induit un courant dans la bobine de charge 111 dont le redresseur demi-alternance est constitué des diodes 112a, 112b et 112c, désignées respectivement par D1, D2 et D3. Comme à la figure 2, il est prévu une diode Zéner 112e et une diode redresseuse à polarité inversée 112d, désignées res- pectivement par D5 et D4. Les diodes D1 à D4 sont du type IN 5420, et la diode D5 est une diode IN 4989. La demanderesse a constaté qu'il était souhaitable de prévoir un inducteur saturable L, d'une inductance de l'ordre de 50 pH, qui permet d'améliorer les caractéristiques de décharge. Le réseau non-linéaire 116a, 116b, 116c est constitué d'une diode redresseuse D6 (IN 5619), d'une diode Zéner D7 et de la résistance R1 (10 kQ), tandis qu'une résistance 116g (R3, 47 kQ) est reliée au collecteur du transistor 116e (ZN635A). - Comme à la figure 2, un condensateur 116h (C2, 0,47 pF) est également relié au collecteur, tandis qu'une résistance 116f (R4, 470 2) est reliée à l'émetteur, et que le circuit de base du transistor comprend une résistance 116d (R2, 180 f) en parallèle avec un condensateur 116i (C3, 1 pF). Le thyristor au silicium 114a (C106M) est connecté comme à la fi- gure 2. Toutefois, la borne non mise à la terre du condensateur d'ac- cumulation 113 (C1, 5 pF) est ici, par l'intermédiaire d'une ré- sistance R5 (15 n), reliée à la terre par un interrupteur de mise à la terre (SW). Le mode de fonctionnement de ce circuit est identique à celui de la figure 2. La figure 4 présente l'utilisation d'un transistor unijonction conformément à l'invention. Dans ce circuit, les éléments 2119 212a à 212e, 216a, 213, L, 214a, R5 et SW sont identiques à ceux désignés par des références correspondantes à la figure 3. Le circuit non-linéaire est ici formé par une résistance 216c et un condensateur 216i reliés à un côté d'un transistor unijonction 216e, dont l'émetteur est relié aux résistances 216f' et 216f". On a égmlement prévu une resistance de polarisation 216f. A nouveau, le mode de fonctionnement pratique de ce circuit est similaire aux précédents. - 8 - REVENDICATIONS 1. Système d'allumage électronique pour un moteur à combustion interne doté d'au moins une bougie d'allumage (15) et d'une magnéto munie d'au moins une bobine (11) à simple bobinage basse tension, ca- ractérisé en ce qu'il comprend: - un circuit de charge (12) relié au bobinage (11) et fournissant une sortie redressée, - un condensateur de décharge (13) relié en continu au circuit de charge (12) et apte à être chargé par la sortie de ce dernier, - un circuit de déclenchement (14) comprenant un interrupteur électro- nique (14a) muni d'une électrode de commande (14d), ainsi qu'un transformateur haute tension (14e, 14f) pouvant être relié à l'interrupteur (14a) lorsque ce dernier est déclenché vers le condensateur (13), la bougie d'allumage (15) étant reliée au transformateur de manière à s'allumer lorsque l'interrupteur (14a) est déclenché par son électrode de commande (14d), et - un réseau non- linéaire (16) relié au bobinage (11) et réagissant de manière logarithmique à un signal produit dans le bobinage afin de déclencher l'électrode de commande (14d) de manière à décharger le condensateur (13) par l'intermédiaire du transformateur (14e, 14f) en vue d'allumer la bougie d'allumage (15a, 15b), un point d'allumage étant automatiquement avancé ou retardé en fonction de la réaction logarithmique du réseau non- linéaire (16), le réseau non-linéaire (16) étant constitué essentiellement de: une diode de blocage (16a) reliée par un côté au bobinage, un transistor (16e) présentant une base reliée à l'autre côté de la diode de blocage (16a), et deux électrodes principales, un réseau série constitué d'une diode Zéner (16b) et d'une résistance (16c), intercalé entre cet autre côté de la diode de blocage (16a) et la base, et entre la base et une première des électrodes principales du transistor (16e), et des moyens, comprenant une résistance de charge (16f) en série avec l'autre électrode principale, pour raccorder directement un signal à travers la résistance-(16f) et l'appliquer directement à l'électrode de commande (14d) afin de déclencher l'interrupteur (14a). -9- 2. Système d'allumage électronique selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'une cascade de diodes (16d) montée en parallèle avec un condensateur (16i) est reliée à une première borne de la résistance de charge (16f), une autre borne de cette dernière étant reliée à ladite autre électrode principale et à l'électrode de commande (14d), une jonction entre la diode de blocage (16a) et la diode Zéner (16b) étant reliée à ladite première électrode principale par l'intermédiaire d'un diviseur de tension (16g), et un branchement du- diviseur de tension étant relié à ladite première borne de la résistance de charge (16f). 3. Système d'allumage électronique selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'une jonction entre la diode de blocage (116a) et la diode Zèner (116b) est reliée par l'intermédiaire d'une résistance (116g) à ladite première électrode principale du transistor (116e), et en ce que cette dernière est reliée par l'intermédiaire d'un condensateur (116h) à une première borne de la résistance de charge (116f), une autre borne de la résistance de charge (116f) formant une jonction avec ladite autre électrode principale et étant reliée à l'électrode de commande, et une nouvelle résistance (116d) étant reliée en parallèle avec un condensateur (116i), entre la base du transistor et ladite première borne de la résistance de charge (116f). 4. Système d'allumage électronique selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il est prévu un transformateur (14e, 14f) pour chaque bougie (15a, 15b) d'une paire de bougies d'allumage des moteurs destinées à être allumées simultanément. 5. Système d'allumage électronique selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le moteur présente plusieurs paires (15a, 15b; c, 15d) de bougies d'allumage à allumer simultanément, un circuit de charge (12; 12'), un circuit de déclenchement (14; 14') et un réseau non-]linéaire (16; 16') étant affectés à chacune de ces paires de bougies d'allumage. 6. Système d'allumage électronique selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le circuit de charge (12), le circuit de déclen- chement (14) et le réseau non-linéaire (16) sont disposés dans un boîtier commun. - 10 - 7. Système d'allumage électronique selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il comprend en outre un interrupteur de mise à la terre (5W) relié au condensateur (113), destiné à couper l'allumage. 8. Système d'allumage électronique selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il comprend en outre un inducteur saturable (L) relié entre le condensateur de décharge (113) et le circuit de charge (112).