Brevet FR2688033A1 — publié le 19930903

DISPOSITIF D'ALLUMAGE A BOBINE La présente invention a pour objet un dispositif d'allumage pour moteur à combustion interne à allumage commandé par bougies et elle trouve une application particulièrement importante dans les dispositifs ayant une bobine d'allumage dont l'inductance est faible, ce qui est notamment le cas sur les moteurs munis de plusieurs bobines d'allumage. La tendance actuelle est à l'emploi d'une bobine par chambre de combustion, afin qu'il soit possible de gérer individuellement l'allumage de chaque chambre de combustion, en utilisant par exemple comme paramètre d'entrée la durée d'arc, pour tenir compte des caractéristiques particulières de chaque chambre de combustion et de la bougie qui l'équipe. Dans les dispositifs classiques d'allumage électronique à bobine, il apparaît au secondaire de la bobine, lors de la mise sous tension de cette dernière, une surtension. Cette surtension Vpic peut atteindre, lorsque l'inductance est très faible, 2 N. Vbat (N étant le rapport entre le nombre de spires et Vbat la tension de batterie appliquée au primaire). Une telle surtension peut dépasser 2000 V. Elle est alors suffisante pour provoquer aux bornes de la bougie, reliée en permanence au secondaire, une pré-étincelle susceptible d'enflammer le mélange alors que le piston est en cours de remontée, d'où un risque d'endommagement du moteur. Lorsque ce risque existe, on l'écarte à l'heure actuelle en plaçant une diode haute tension, pouvant supporter une tension de l'ordre de 20 kV, en série dans le circuit secondaire de la bobine anode côté bougie. Cette diode est coûteuse et elle est peu fiable. La présente invention vise à écarter le risque de pré-étincelle en ne mettant en oeuvre que des moyens simples et peu coûteux. Pour cela, elle propose un dispositif dans lequel la vitesse initiale dI/dt de montée du courant primaire I est réduite à une valeur notablement inférieure à celle qu'elle aurait si elle n'était limitée que par l'inductance de la bobine. L'invention propose plus particulièrement un dispositif d'allumage remplissant cette fonction, comprenant une bobine dont le primaire est placé en série avec un circuit de commande à asservissement limitant la vitesse de montée du courant à la fermeture du circuit primaire. Le circuit de commande peut notamment comporter un commutateur de puissance, fonctionnant en générateur de courant commandé, interposé entre l'alimentation de la bobine et la masse; des moyens de mesure du courant dans le primaire de la bobine, fournissant un signal représentatif de ce courant; un interrupteur de commande du courant; et un intégrateur recevant ledit signal et commandant le commutateur de puissance, directement par l'intermédiaire de l'interrupteur. Le commutateur de puissance peut notamment être constitué par un transistor IGBT dont la porte est attaquée par la somme d'une tension de commande, pouvant prendre l'une ou l'autre de deux niveaux logiques, provenant de l'interrupteur, et de la sortie de l'intégrateur. Un tel transistor IGBT présente un phénomène d'engagement ou "latch-up": lorsqu'il est parcouru par un courant trop élevé, il reste à l'état de conduction permanente même si un signal de blocage est appliqué sur sa porte. Pour éviter le risque d'engagement, le circuit de commande comporte avantageusement un élément de limitation du courant dans le primaire à une valeur nettement inférieure au courant d'engagement.Cet élément de limitation est par exemple un soustracteur recevant une tension qui est une fonction décroissante du courant dans le primaire de la bobine et une tension de référence : Si la tension représentative du courant descend au-dessous de la tension de référence, la tension de sortie de l'élément de limitation du courant s'inverse et provoque le blocage du transistor IGBT, directement ou par l'intermédiaire de l'intégrateur, avant que le courant d'engagement ne soit atteint. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non-limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: la figure 1 est un schéma fonctionnel de principe d'un dispositif selon un mode particulier de réalisation de l'invention; la figure 2 montre les courbes représentatives de la variation, en fonction du temps t, du courant I dans le primaire de la bobine et de la tension V au secondaire, au cours d'une séquence d'allumage; la figure 3 montre une constitution possible du dispositif de la figure 1. Le dispositif dont la constitution de principe est montrée dans la figure 1 est destiné à l'allumage d'une chambre de combustion de moteur à combustion interne, équipée d'une bougie 10 placée en série avec le secondaire 12 d'une bobine 14. Le primaire 16 de la bobine est relié à une source d'alimentation, (batterie et véhicule en général) de tension Vbat. Le courant I qui parcourt le primaire 16 est commandé par un commutateur de puissance 18, dont on verra qu'il fonctionne en générateur de courant asservi. Une résistance 20 est montée en série entre le commutateur 18 et la masse de façon à fournir à ses bornes une tension Vs représentative du courant I. Le circuit de commande du courant I comporte un interrupteur 22 dont l'ouverture et la fermeture sont provoquées par un signal binaire fixant l'instant de mise sous tension du primaire 16 et l'instant de la coupure pour produire une étincelle à la bougie 10. Le signal peut notamment être fourni par un micro-processeur 24 de gestion de l'allumage. La tension de commande du commutateur 18 qui est fournie par l'interrupteur 22 n'est pas fixe. La durée entre l'instant de déblocage du commutateur 18 et l'instant où passe un courant I maximum est allongée par un intégrateur 24, ayant généralement une constante de temps comprise entre 70 et 100 us, dont la tension d'entrée dépend de Vs. Dans le cas illustré sur la figure 1, la tension d'entrée est fournie par un soustracteur qui reçoit la tension Vs et une tension de référence Vr. La différence est appliquée à l'intégrateur 24. La tension V ref est choisie de telle façon que la valeur absolue de la tension Vs devienne supérieure à celle de V ref lorsque le courant I dépasse une valeur déterminée, nettement inférieure à celle pour laquelle il y a un risque d'engagement du commutateur 18, lorsque ce dernier est constitué par un IGBT ou un organe similaire. La polarité de sortie du soustracteur 26 s'inverse alors. Elle provoque, avec éventuellement un retard dû à l'intégrateur 24, un blocage temporaire du commutateur 18 et limite le courant I. Le courant d'engagement diminue en général lorsque la température augmente. Il peut être aussi faible que 15 à 20 A pour des IGBT d'un genre utilisable dans un dispositif d'allumage, à 100"C. Dans ce cas Vref peut être prévu pour limiter le courant I à 9 A. Un tel dispositif permet d'éviter une variation rapide du courant primaire I, du genre indiqué en tirets sur la figure 2, et une tension de pic élevée Vpic, également montrée en figure 2. Le courant I augmente progressivement et, pour un choix approprié des caractéristiques, permet d'éliminer la surtension au secondaire. La constante de temps de l'intégrateur 24 peut en particulier être choisie de façon que la montée initiale de l'intensité, pendant une durée tl, soit lente et que le courant Im nécessaire à l'obtention, par coupure, de la tension d'allumage va au secondaire soit tout juste atteinte lorsque l'interrupteur 22 est ouvert par le signal logique qui lui est appliqué. Un tel dispositif peut être réalisé de façon peu coûteuse, par exemple sous la forme qui sera maintenant décrite en faisant référence à la figure 3 où les composants correspondant à ceux de la figure 1 sont désignés par le même numéro de référence. Le commutateur 18a est constitué par un transistor GBT dont la porte reçoit, par l'intermédiaire d'une résistance 26, la sortie de l'intégrateur 24a. Cet intégrateur incorpore le soustracteur. I1 est constitué d'un amplificateur différentiel 28 recevant, sur son entrée positive, la tension de référence Vref et, sur son entrée négative la tension aux bornes de la résistance 20a. L'amplificateur 28 est shunté par un condensateur 30 de façon à constituer intégrateur. La tension Vref peut être élaborée par un pont diviseur de résistances, placé entre une tension Vo, qui peut être la tension d'alimentation de circuits logiques, et la masse. Un condensateur de découplage 31 reduit les variations parasites de Vref. La sortie de l'amplificateur différentiel 28, qui constitue également la sortie de l'intégrateur, est reliée à la sortie du transistor 22a par une résistance 30 et à la tension Vo par une résistance de tirage 32. Un condensateur de filtrage 34 relie également cette sortie à la masse. Les résistances 30 et 32 sont sélectionnées de façon que - lorsque le transistor 22a constituant interrupteur est bloqué, la tension appliquée à la porte du transistor IGBT 18a soit pratiquement la tension Vo; et que, - lorsque le transistor 22a est passant, la tension de commande appliquée à la porte du transistor IGBT 18a dépende de la tension de sortie vers l'intégrateur 24a. Les résistances du pont diviseur fournissant Vref sont choisies, en fonction de la valeur de la résistance 20a, de façon à limiter le courant I dans 1'IGBT 16a à une valeur definie, qui sera généralement de l'ordre de la moitié du courant d'engagement à la température maximale de fonctionnement attendu. L'invention ne se limite pas au mode particulier de réalisation qui a été représenté et décrit à titre d'exemple. Les différents composants remplissant les fonctions schématisées en figure 1 peuvent en particulier avoir une nature différente de celle montrée en figure 3. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'allumage à bobine (14) pour moteur à combustion interne à allumage commandé par bougies, notamment à bobine d'allumage d'inductance faible, caractérisé par des moyens pour réduire la vitesse dI/dt de montée du courant primaire I dans la bobine à une valeur inférieure à celle qu'elle aurait si elle n'était limitée que par l'inductance de la bobine. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le primaire (16) de la bobine est placé en série avec un circuit de commande à asservissement limitant la vitesse de montée du courant lors de la fermeture du circuit primaire. 3. Dispositif de la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit comporte: un commutateur de puisance (18), fonctionnant en générateur de courant commandé, interposé entre l'alimentation de la bobine et la masse; des moyens (20) de mesure du courant dans le primaire (16) de la bobine, fournissant un signal représentatif de ce courant; un interrupteur (22) de commande de passage du courant; et un intégrateur (24) recevant ledit signal et commandant le commutateur de puissance, directement ou par l'intermédiaire de 1' interrupteur. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le commutateur de puissance est constitué par un transistor IGBT (18a) dont la porte est attaquée par la somme d'une tension de commande, pouvant prendre l'une ou l'autre de deux niveaux logiques, provenant de l'interrupteur (22a), et de la sortie de l'intégrateur (24a). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit de commande comporte un élément de limitation du courant dans le primaire à une valeur nettement inférieure au courant d'engagement du transistor IGBT. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément de limitation est un soustracteur (26 ) recevant une tension Vs qui est une fonction décroissante du courant (I) dans le primaire de la bobine et une tension de référence (Vref).