Brevet FR2732410A1 — publié le 19961004

SYSTENE D'ALLUMAGE POUR MOTEURS A COMBUSTION INTERNE La présente invention concerne un système d'allumage pour oteurs à combustion interne, et en particulier un système d'allumage DC-CDI pour moteurs 3 combustion interne qui est économique et capable de fournir de puissantes étincelles d'allumage Nornaleeent, les systèmes d'allumage pour Moteurs à combustion interne, en particulier ceux pour les motocyclettes, consistent typiquement soit en systèmes AC-CDI (allumage à décharge capacitive 3 courant alternatif) pour générer des étincelles à courant alternatif résultant d'une tension alternative se développant à travers la bougie d'allunage, soit en systèmes DC-CDI (allumage à décharge capacitive à courant continu) pour générer des étincelles à courant continu résultant d'une tension continue se développant à travers la bougie d'allumage Un système AC-CDI peut produire des étincelles qui durent deux fois plus longtemps que celles produites par un système DC-CDI, et l'énergie de décharge du prenier système est typiquement 30 t supérieure à celle du dernier système Cependant, un système AC-CDI nécessite l'emploi d'un générateur comprenant une bobine d'excitation qui est relativeient onéreuse. En outre, selon un système AC CDI, la tension appliquée à travers un enrouleient priMaire tend à chuter non seulement dans une plage de faible vitesse, mais aussi dans une plage de grande vitesse. Par ailleurs, selon un système DC-CDI, son générateur n'a pas à être équipé d'une bobine d'excitation onéreuse à l'inverse d'un système AC-CDI. Ceci est décrit ci-après en référence au circuit de base représenté sur la figure 3. Un systèMe DC-CDI est installé entre une borne positive d'une batterie eMbarquée BT et un enroulement primaire la d'une bobine d'allumage 1. Dans le système DC-CDI 1, la borne positive de la batterie BT est raccordée à l'enroulement primaire 2a d'un transformateur d'un convertisseur continu-continu i, et une diode Dl nor.alement polarisée et un premier condensateur C1 sont raccordés en série et dans cet ordre entre un enroulement secondaire 2b du transtormateur du convertisseur continu-continu Z et l'enroulement primaire la de la bobine d'allumage 1.Un enroulement secondaire lb de la bobine d'allumage 1 est raccordé à une bougie d'allumage 3. Un thyristor SCR1 est raccordé au noeud entre la diode D1 et le prenier condensateur C1 pour amener sélectiveient le courant électrique à la nasse dans le sens normal, et une gâchette du thyristor reçoit un signal de commande fourni par un circuit de comMande de charge/allueage 4. Une diode Dd est raccordée à la asse, dans le sens normal du noeud entre le preMier condensateur C1 et l'enroulement primaire la de la bobine d'allumage 1. Selon ce premier système DC-CDI conventionnel, le prenier condensateur C1 est chargé tandis que le thyristor SCR1 est bloqué. Lorsque le thyristor SCR1 est rendu conducteur par un signal de commande tourni par le circuit de commande de charge/allunage 4 au temps de génération des étincelles d'allumage, le courant de décharge du premier condensateur C1 s'écoule à travers l'enroulement prinaire la par l'intermédiaire du thyristor SCR1, et la tension resultante se développant à travers l'enroulement primaire la est amplifiée à l'enroulement secondaire lb de la bobine d'allumage 1 qui génère les etincelles d'allumage à la bougie d'allumage 3. Lorsque le thyristor SCR1 est bloqué, le premier condensateur C1 est à nouveau chargé.Ainsi, le condensateur C1 est chargé et déchargé au fur et à mesure que le thyristor SCR1 est respectivement bloqué et conducteur. Ce premier système DC-CDI conventionnel n'exigeant pas de bobine d'excitation, il est économique et une haute tension peut être obtenue a la fois dans les plages de vitesse haute et basse parce que la tension de sortie du convertisseur continucontinu est constante sans tenir compte de la vitesse de rotation du moteur.Cependant, lorsqu'une haute fréquence de I'ordre de 20 à ll)d kllz est utilisée pour le convertisseur continu-continu avec pour objectif de réduire la taille du convertisseur, le courant électrique pour charger le condensateur C1 produit une tension électromotrice de l'ordre de 101) V au tur et à mesure qu'il circule a travers 1 'enroulement primaire la de la bobine d'allumage en raison de I 'inductance de l'enroulement primaire la, et cette tension électromotrice empoche l'écoulement du courant électrique pour charger le premier condensateur C1. Par suite, une certain retard survient dans la charge du condensateur C1 à une tension spécifiée, et ceci non seulement réduit l'efficacité du système, nais aussi peut même empêcher la charge complète du condensateur C1 avant de décharger le condensateur Cl Ainsi, la tension se développant à travers l'enroulement primaire la de la bobine d'allumage 1 produit une haute tension inutile à 'enroulement secondaire la, et des etincelles peuvent être générées à un nauvais moment par la bougie d'allumage 3. Pour éviter ce problème, une diode 03 est typiquement raccordée en parallèle avec l'enroulement primaire la afin d'éviter que le courant de charge ne s'écoule à travers l'enroulement primaire la.En résultat, lorsque le condensateur est déchargé, le courant électrique circule seulement dans une direction, produisant ainsi des arcs électriques à courant continu. Les systèmes conventionnels AC-CDI et DC-CDI ayant donc différents avantages et inconvénients, on a voulu produire un système d'allumage qui combine les avantages des deux types de systèmes d'allumage. En présence de tels problèmes de la technique antérieure, un principal objectif de la présente invention est de proposer un système d'allumage pour moteurs à combustion interne qui puisse charger le condensateur afin de produire des étincelles d'allumage à la fois rapidement et efficacement de telle sorte que des étincelles d'allumage puissantes puissent etre générées meme dans une plage de grande vitesse, et que la puissance consommée par le système d'allumage puisse être réduite au minimum. Un deuxième objectif de la présente invention est de proposer un système d'allumage pour moteurs à combustion interne qui puisse générer des étincelles d'allumage puissantes de haute énergie et de longue durée, Un troisième objectif de la présente invention est de proposer un système d'allumage pour moteurs à combustion interne qui puisse générer des étincelles d'allumage puissantes mais qui soit économique à fabriquer. Ces objectifs et autres objectifs de la présente invention peuvent être atteints en proposant un système d'allumage pour moteurs à combustion interne comprenant un premier condensateur branché entre une source d'alimentation à courant continu et un enroulement primaire d'une bobine d'allumage, un premier élément de commutation pour mettre sélectivement à la masse un noeud entre la source d'alimentation courant continu et le premier condensateur, et charger ainsi le premier condensateur et décharger te premier condensateur dans l'enroulement primaire suivant un signal de commande correspondant à une synchronisation de rotation d'un moteur, des moyens de résonance raccordés au noeud entre la source d'alimentation à courant continu et le premier condensateur pour provoquer ainsi une condition de résonance entre le premier condensateur et l'enroulement primaire lors de la décharge du premier condensateur, et un moyen conducteur de courant de charge branché en parallèle avec l'enroulement primaire pour court-circuiter l'enroulement primaire lors de la charge du premier condensateur. Le moyen conducteur du courant de charge est typiquement constitué d'un deuxième élément de commutation, tels des thyristors et des transistors, qui est sélectivement rendu conducteur par un signal de commande ou un deuxième condensateur. Ainsi, lorsque le premier condensateur est chargé avec le prenier élément de commutation, le courant de charge peut circuler à travers le moyen conducteur du courant de charge, au lieu de l'enroulement primaire, de telle sorte que la génération d'arcs électriques incorrects peut être évitée. Lorsque le premier condensateur est déchargé en coupant le moyen conducteur du courant de charge, le courant de décharge peut circuler à travers l'enroulement primaire de la bobine d'allumage afin de générer des arcs électriques dans la bougie d'allumage. En faisant circuler le courant électrique de 1 'enroulement primaire jusqu'au premier condensateur avec le moyen de résonance, une condition de résonance peut être produite entre l'enroulement prinaire et le premier condensateur, et des étincelles électriques à courant alternatif peuvent être générées dans la bougie d'allumage. Selon une réalisation préférée de la présente invention, le premier élément de commutation comprend un thyristor, et le moyen de résonance comprend une diode branchée en parallèle avec le thyristor afin de réaliser un chemin conducteur de polarité inverse b celle présentée par le thyristor, de façon telle que le courant électrique puisse circuler librement à travers le prenier condensateur et l'enroulement primaire de la bobine d'allumage dans les deux directions, et qu'une condition de résonance puisse être substantiellement entretenue sans aucun obstacle à la circulation du courant électrique. La présente invention est décrite ci-dessous en référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est un schéma de principe d'une partie essentielle d'une première réalisation du système d'allumage pour noteurs à conbustion interne selon la présente invention, la figure 2 est une vue identique à la figure 1 montrant une deuxième réalisation de la présente invention, et la figure 3 est une vue identique à la figure t montrant un système d'allumage conventionnel pour moteurs à combustion interne. La figure 1 est un schéma de principe d'une partie essentielle d'un système d'allumage pour le moteur à combustion interne d'une noto à laquelle la présente invention est appliquée. Dans ce dessin, les composants correspondant à ceux de la technique antérieure représentés à la figure 3 sont repérés par des chiffres identiques sans répéter leur description. Dans ce circuit de génération de tension disruptive d'allunage 5, une diode D1 et un premier condensateur C1 sont raccordés entre l'enroulement secondaire 2b d'un transformateur d'un convertisseur continu-continu 2 et l'enroulement primaire la d'une bobine d'allumage 1, et un premier thyristor SCR1 est raccordé au noeud entre la diode D1 et le premier condensateur C1, de manière identique au circuit conventionnel. Une diode D2 servant de moyen de résonance est raccordée au noeud entre la diode D1 et le premier condensateur C1, en parallèle avec le premier thyristor SCR1, dans le sens de conduction du courant électrique vers le noeud. Le courant de décharge du premier condensateur C1 circule initialement du premier condensateur C1 vers 1 l'enroulement primaire la par l'intermédiaire du prenier thyristor SCR1 et la ligne de mise à la masse comme indiqué par la flèche A sur la figure 1, et puis retourne coite indiqué par la flèche B en raison de la condition de résonance produite par le premier condensateur C1 et l'enroulement primaire la de la bobine d'allumage 1.En installant ainsi la diode D2, ce passage de courant en sens inverse peut être réalisé à travers ta diode D2. La condition de résonance créée par le condensateur prinaire C1 et la bobine primaire la peut être par conséquent entretenue. Une action identique peut être réalisée en raccordant la cathode de la diode D2 à l'anode de la diode D1 comme indiqué par des lignes imaginaires. Au noeud entre le premier condensateur C1 et la bobine primaire la de la bobine d'allumage 1 est raccordé un deuxième thyristor SCR2, servant de deuxième élément de commutation, au lieu de la diode D3 du système d'allumage conventionnel, afin d'autoriser de manière sélective le passage du courant du noeud jusqu'à la masse. Lors de la charge du premier condensateur C1, le deuxième thyristor SCR2 est passant pour permettre au courant de charge de circuler comme indiqué par la fleche C sur le schéma, et éviter le courant de charge de traverser l'enroulement primaire la. Les signaux de commande appliqués aux portes des deux thyristors SCR1 et SCR2 sont produits par le circuit de commande de charge/allumage 4 en fonction de la vitesse de rotation du moteur, de la position angulaire de l'arbre de sortie du moteur, et de l'angle d'avance nécessaire. Les signaux de commande sont conçus de manière que, lorsque tes étincelles d'allumage doivent être générées à la bougie d'allumage 3, le premier thyristor SCR1 soit bloqué tandis que le deuxième thyristor SCR2 soit rendu conducteur.De etee que, lorsqu'un courant électrique de charge est à appliquer au premier condensateur C1, le premier thyristor SCR1 soit bloqué, alors que le deuxiène thyristor SCR2 soit rendu conducteur. Suivant le circuit d'allumage, en bloquant le prenier thyristor SCR1 et en rendant conducteur le deuxième thyristor SCR2, un courant de charge est créé conne indiqué par la flèche C, et le premier condensateur C1 est chargé. A ce stade, comme le courant de charge circule dans le deuxième thyristor SCR2, et que pratiquement aucun courant ne circule dans l'enroulement primaire la, même lorsque le convertisseur continu-continu 2 utilise une haute fréquence de l'ordre de 20 200 kHz pour réduire sa taille, il est possible de charger rapidement le premier condensateur C1 sans qu'une force électromotrice n'y tasse obstacle.En d'autres termes, il est possible d'éviter une charge insuffisante du condensateur et la génération incorrecte d'arcs électriques qui, autrement, seraient provoqués par la force électromotrice générée dans i 'enrouiement primaire la. Lorsque des arcs électriques sont générés a la bougie d'allunage 3, en rendant passant le premier thyristor SCR1 et en bloquant le deuxième thyristor SCR2, le courant de décharge du prenier condensateur C1 circule comme indiqué par la flèche A.A cet instant, comme le premier thyristor SCR1 ne conduit le courant électrique que dans le sens indiqué par la flèche A, mais que le courant électrique dans e sens oppose circule à travers la diode D2, une condition de résonance peut être entretenue entre Itenrouleuent primaire la et le premier condensateur C1. C'est pourquoi, des arcs électriques à courant alternatif impliquant une tension alternative à travers la bougie d'allumage 3 peuvent être générés, et une décharge électrique de haute énergie et de longue durée peut être obtenue. Bien qu'un thyristor ait été utilisé pour le deuxième dispositif de commutation dans la réalisation précédemment décrite, d'autres dispositifs peuvent être utilisés aussi longtemps qu'ils sont capables de conduire sélectivement un courant de charge par passage à l'etat conducteur et à l'état bloqué suivant un signal de commande. Par exemple, des transistors capables d'une action de commutation très rapide peuvent également être utilises. La tigure 2 représente une deuxième realisation de la présente invention dans laquelle les parties correspondant a celles de la realisation précédente sont repérées avec des chiffres identiques, un deuxième condensateur C2 est utilisé au lieu du deuxième thyristor SCR2 de la realisation précédente. La deuxième réalisation peut atteindre substantiellement les mêmes résultats que la première réalisation. Plus spécifiquement, un deuxième condensateur C2 raccordé en parallèle sur l'enroulement primaire la permet au courant alternatif de 20 à 100 kHz issu du convertisseur continu-continu 2 de contourner l'enroulement primaire la de la bobine d'allumage 1 comme courant de charge pour le deuxième condensateur C2, à la suite de quoi la génération d'une force électromotrice dans la bobine d'allumage 1 peut être evitée.La charge électrique stocke dans le condensateur C2 est progressivement déchargée (flèche B) à travers l'enroulement primaire la de la bobine d'allumage 1, tandis que le courant alternatif issu du convertisseur continu-continu 2 est coupé (ou à un faible niveau) En d'autres termes, en lissant le courant électrique circulant dans l'enroulement primaire la de la bobine d'allumage 1 avec le deuxième condensateur C2, la génération d'une torce électromotrice par la bobine d'allumage 1 est évitée. Selon le concept étendu de la présente invention, il est possible d'utiliser a la fois le deuxième thyristor SCR2 et le deuxième condensateur C2 en les raccordant en parallèle entre eux bien qu'ils aient eté utilisés séparément et individuellement dans les réalisations decrites ci-dessus. Dans ce cas également, les résultats et les avantages des réalisations décrites ci-dessus peuvent être obtenus encore plus efficacement. Dans ce cas, la capacité du deuxième condensateur C2 et/ou le pouvoir de coupure maximum du deuxième thyristor SCR2 peuvent être réduits. Ainsi, la présente invention propose un système DC-CDI pouvant délivrer des arcs électriques haute tension dans les deux gammes de vitesse haute et basse. En conduisant le courant de charge du premier condensateur, qui est essentiel pour produire la tension de sortie nécessaire, par l'intermédiaire du deuxième élément de connutation, on évite une charge insuffisante du condensateur et une génération incorrecte d'arcs électriques en raison d'une force électromotrice qui sinon serait produite dans l'enroulement primaire de la bobine d'allumage. Etant donné que des arcs électriques de haute énergie et de longue durée peuvent être obtenus sans utiliser aucune bobine d'excitation en produisant une condition de résonance avec le premier condensateur et l'enroulement primaire, et par suite générer des arcs électriques à courant alternatif, le coût du système d'allumage peut être réduit tandis qu'il produit des étincelles très puissantes. Des résultats identiques peuvent être obtenus en utilisant le deuxième condensateur au lieu du deuxième élément de commutation. Bien que la présente invention ait éte décrite en fonction de ses realisations préférées, il est évident pour une personne spécialisée dans la technique que différentes modifications sont possibles sans s'ecarter de l'objectif de la presente invention REVENDICATIONS 1. - Système d'allumage pour moteurs à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend s un premier condensateur (C1) raccordé entre une source d'alimentation à courant continu (BT) et un enroulement primaire d'une bobine d'allumage (1), un premier élément de commutation (SCR1) pour mettre sélectivement à la masse un noeud entre la source d'alimentation à courant continu et te premier condensateur et ainsi charger le premier condensateur et décharger le premier condensateur dans l'enroulement primaire selon un signal de commande correspondant à une synchronisation de rotation d'un moteur, un moyen de résonance (D2) raccordé au noeud entre la source d'alimentation à courant continu et le prenier condensateur pour provoquer ainsi une condition de résonance entre le premier condensateur ct l'enroulement primaire lors de la décharge du prenier condensateur; et un moyen de conduction du courant de charge (SCR2, C2) connecté en parallèle sur l'enroulement primaire pour contourner l'enroulement primaire lors de la charge du premier condensateur. 2. - Système d'allumage pour moteurs à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyen de conduction du courant de charge comprend un deuxième élément de connutation (SCR2) qui est sélectivement rendu passant par un signal de commande. 3. - Système d'allumage pour moteurs à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de conduction du courant de charge comprend un deuxième condensateur (C2). 4. - Système d'allumage pour moteurs à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément de commutation conprend un thyristor (SCR1). 5. - Système d'allumage pour moteurs à combustion interne selon la revendication 4 caractérisé en ce que le moyen de résonance comprend une diode (D2) raccordée en parallèle sur le thyristor pour réaliser un chemin conducteur de polarité opposée à celui fourni par le thyristor (SCR1).