Brevet FR2919423A1 — publié le 20090130

BOBINE D'ALLUMAGE POURVUE DE MOYENS DE MISE A UN POTENTIEL FAIBLE D'UN CIRCUIT MAGNETIQUE La présente invention concerne le domaine de la protection électrique et de la compatibilité électromagnétique (CEM) des bobines d'allumage, en particulier pour les véhicules automobiles et se rapporte à une bobine d'allumage comprenant un enroulement primaire apte à être alimenté par des moyens de charge de la bobine, un enroulement secondaire relié à l'enroulement primaire par une liaison électrique inter- enroulement disposée entre des premières bornes respectives de l'enroulement primaire et de l'enroulement secondaire, l'enroulement secondaire comprenant une deuxième borne apte à alimenter une ou plusieurs bougies d'allumage, et un circuit magnétique disposé entre les enroulements primaires et secondaires. Lorsque le potentiel du circuit magnétique de la bobine est flottant, la génération d'une haute tension secondaire dans une bobine d'allumage peut induire une tension qui peut s'élever à quelques kilovolts en se chargeant par couplage capacitif. Lorsque ce phénomène se produit, un utilisateur, notamment un garagiste, peut recevoir une décharge électrique inconfortable et une étincelle peut se produire lors de la décharge soudaine du circuit magnétique par le biais de l'utilisateur. De plus, le potentiel flottant du circuit magnétique génère un rayonnement électromagnétique pouvant perturber des composants électriques, tels que des capteurs situés à proximité. Il est proposé dans l'art antérieur de monter les bobines d'allumage sur des supports métalliques mis à la masse par des vis réalisant un contact avec le circuit magnétique. D'autres solutions s'attachent à résoudre ce problème lorsque les bobines d'allumage sont fixées sur des supports isolants, en mettant un connecteur de la bobine à la masse par un fil de masse. Ces solutions présentent l'inconvénient principal de nécessiter des éléments et des opérations de montage supplémentaires, augmentant leur complexité et leur coût. Une autre solution proposée dans l'art antérieur consiste à interposer une résistance de protection entre le circuit électromagnétique et la borne positive + de la bobine pour empêcher qu'une mise à la masse extérieure involontaire du circuit magnétique ne produise un court-circuit direct sur l'alimentation du véhicule, notamment la batterie. Pour s'assurer de l'efficacité de cette solution, la valeur de résistance de protection doit être élevée ce qui a pour inconvénient de réduire les possibilités de décharge du circuit magnétique entraînant des perturbations de capteurs placés à proximité. La présente invention a pour but de fournir une bobine d'allumage améliorée et notamment de réaliser une mise à un potentiel faible, de l'ordre de la tension produite par l'alimentation du véhicule d'un circuit magnétique de bobine d'allumage, notamment des bobines à tôles apparentes, à moindre coût et sans perturber les éléments électriques environnants. Avec cet objectif en vue, la bobine selon l'invention, par ailleurs conforme au préambule cité ci- avant, est remarquable en ce qu'une liaison électrique de protection est disposée entre le circuit magnétique et la liaison électrique inter-enroulement, la liaison électrique de protection comprenant un dispositif de protection. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention qui peuvent prises séparément ou en combinaison : - le dispositif de protection est un dispositif électronique de blocage ou de limitation de circulation de courant, pour bloquer ou limiter la circulation d'un courant de la liaison électrique de protection vers le circuit magnétique et d'avoir une tension constante à ses bornes ; - le dispositif de protection est une diode à effet avalanche, la cathode de la diode étant reliée à la liaison électrique inter-enroulement et l'anode de la diode étant reliée au circuit magnétique ; - le dispositif de protection est une diode à effet avalanche, la cathode de la diode étant reliée à la liaison électrique inter-enroulement et l'anode de la diode étant reliée au circuit magnétique ; l'élément de protection est une diode Zéner ; l'élément de protection est une diode transil ; la tension d'avalanche de la diode a une valeur plus élevée que la valeur de tension maximale des moyens de charge de la bobine. Selon un autre de ses objets, l'invention concerne un boîtier d'allumage comprenant au moins une bobine d'allumage dont la deuxième borne de l'enroulement secondaire est reliée à une sortie Haute-tension dudit boîtier apte à être reliée à au moins une bougie d'allumage d'un moteur à combustion interne caractérisé en ce que la au moins une bobine d'allumage est une bobine d'allumage selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence à la figure unique annexée dans laquelle le dispositif apparaît dans un mode de réalisation de l'invention dans un contexte de véhicule automobile. En référence à la figure, la présente invention vise à protéger électriquement une bobine d'allumage 1. La bobine d'allumage 1 ou un boîtier renfermant ladite bobine 1 comprend des moyens de connexion de bobine 5, par exemple un connecteur, aptes à être connectés à d'autres moyens de connexion d'alimentation et de pilotage 11 reliés à des moyens de charge 13 de la bobine 1, par exemple la borne positive d'une batterie de véhicule, et à un calculateur 9, par exemple un ECU (Unité Electronique de Commande) par l'intermédiaire de câbles 10 d'alimentation et de commande. Les moyens de connexion d'alimentation et de commande 11 peuvent être reliés à des moyens de pilotage 12 commandés par le calculateur 9, par exemple un contrôleur d'allumage dit driver d'allumage pouvant prendre la forme d'un transistor, mis dans un état passant en vue de la mise en charge de la bobine 1. La bobine d'allumage 1 comprend un enroulement primaire 2, et un enroulement secondaire 3 reliés électriquement par une liaison électrique inter-enroulement 14 et un circuit magnétique 6 disposé dans le champ magnétique généré par le passage de courant dans les enroulements primaires 2 et secondaires 3 pour réaliser un couplage inductif entre les enroulements primaires 2 et secondaires 3. La charge de la bobine d'allumage 1 s'effectue par l'enroulement primaire 2, les moyens de connexion de bobine 5 étant placés aux premières et deuxième bornes 2a, 2b de l'enroulement primaire 2. Lorsque ces moyens de connexion 5 sont connectés aux moyens de connexion d'alimentation et de commande 11, et que le calculateur 9 l'autorise, le courant peut croître dans l'enroulement primaire 1 par les moyens de charge 13. La première borne 2a de l'enroulement primaire 2 est alors reliée à la borne positive des moyens de charge 13 de la bobine 1, et la deuxième borne 2b de l'enroulement primaire 2 est alors reliée au calculateur 9, par exemple par les moyens de pilotage 12. Une fois la bobine 1 chargée, l'alimentation en courant est bloquée par le calculateur 9. La bobine 1 peut alors générer une tension nécessaire pour réaliser une étincelle aux électrodes de la bougie, non représentée, via une sortie du boîtier d'allumage Haute- tension 4, reliée à une deuxième borne 3b de l'enroulement secondaire 3. Une première borne 3a de l'enroulement secondaire 3 est reliée à la première borne 2a de l'élément primaire 2 par la liaison électrique inter-enroulement 14. Une liaison électrique de protection 15 est réalisée entre la liaison électrique inter-enroulement 14 et le circuit électromagnétique 6. Cette liaison électrique de protection 15 comprend un dispositif de protection 7 qui permet de limiter ou bloquer totalement le courant circulant de la liaison électrique inter-enroulement 14 vers le circuit électromagnétique 6. On parlera de courant limité lorsque le courant pouvant circuler sera de l'ordre du milli-Ampère et d'un courant bloqué lorsque le courant pouvant circuler sera de l'ordre du micro-Ampère et de préférence inférieur à 1 micro-Ampère. Cet élément de protection 7 peut être une diode avec un effet d'avalanche, du type diode Zéner ou transil, la cathode de cette diode étant reliée à la liaison électrique inter-enroulement 14, donc à la borne positive des moyens de charge 13 de la bobine 1 lorsque les moyens de connexion de bobine 5 et les moyens de connexion d'alimentation et de commande 11 sont en contact. La suite de la description sera faite en référence à une diode Zéner. L'anode de cette diode Zéner 7 est reliée au circuit magnétique 6. En cas de mise à la masse accidentelle du circuit magnétique 6, par exemple lors de la manipulation d'un boîtier renfermant le ou les bobines d'allumage 1, la diode Zéner 7 sera dans un état bloquant, interdisant ou limitant très fortement la circulation d'un courant à travers le circuit magnétique 6 vers la masse, courant provenant par exemple de la borne positive des moyens de charge 13 de la bobine 1. Ce courant sera de l'ordre du micro-Ampère, en fonction de la Zéner choisie puisque la diode Zéner fonctionnera en dessous de son seuil d'avalanche. On adaptera pour cela la tension de claquage ou tension Zéner de la diode Zéner 7 à une valeur plus élevée que la valeur de tension maximale que peuvent délivrer les moyens de charge 13 de la bobine 1. Ainsi, un écoulement des charges accumulées dans le circuit magnétique 6 s'effectue au travers de la diode Zéner 7 lorsque le seuil d'avalanche de celle-ci est atteint. De cette manière le potentiel du circuit se charge négativement à une valeur faible en valeur absolue de l'ordre de la dizaine de Volt, proche de celle des moyens de charge 13 de la bobine 1. Le dispositif selon l'invention n'est pas limité à l'utilisation d'une diode Zéner 7 pour la réalisation de la protection. On pourra également choisir comme élément de protection, une diode transil. La diode transil est placée dans le même sens que la diode Zéner. On choisira également une valeur de tension de claquage de la diode transil pour qu'elle soit plus élevée que la valeur de tension maximale que peuvent délivrer les moyens de charge 13 de la bobine 1. Le dispositif selon l'invention n'est pas dédié à un type de bobine ou de véhicule automobile particulier, et peut être réutilisé de nombreuses fois. Ce dispositif peut être appliqué dans au moins une bobine d'allumage 1 renfermée dans un boîtier contenant plusieurs bobines d'allumage 1. Avantageusement, les coûts de construction du boîtier selon l'invention sont très faibles et la fiabilité des bobines est améliorée car tous les composants de protection sont contenus dans la bobine ou le boîtier, limitant des risques de corrosion ou d'arrachement. REVENDICATIONS 1. Bobine d'allumage (1) comprenant : - un enroulement primaire (2) apte à être alimenté 5 par des moyens de charge (13) de la bobine (1), un enroulement secondaire (3) relié à l'enroulement primaire (2) par une liaison électrique inter-enroulement (14) disposée entre des premières bornes (2a, 3a) respectives de l'enroulement primaire (2) 10 et de l'enroulement secondaire (3), l'enroulement secondaire (3) comprenant une deuxième borne (3b) apte à alimenter une ou plusieurs bougies d'allumage, et un circuit magnétique (6) disposé entre les enroulements primaires (2) et secondaires (3), 15 caractérisé en ce que une liaison électrique de protection (15) est disposée entre le circuit magnétique (6) et la liaison électrique inter-enroulement (14), la liaison électrique de protection (15) comprenant un dispositif de protection (7). 20 2. Bobine d'allumage (1) selon la revendication précédente caractérisé en ce que le dispositif de protection (7) est un dispositif électronique de blocage ou de limitation de circulation de courant, pour bloquer ou limiter la circulation d'un courant de la liaison 25 électrique de protection (15) vers le circuit magnétique (6) et d'avoir une tension constante à ses bornes. 3. Bobine d'allumage (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le dispositif de protection (7) est une diode à effet 30 avalanche, la cathode de la diode étant reliée à la liaison électrique inter-enroulement (14) et l'anode de la diode étant reliée au circuit magnétique (6). 4. Bobine d'allumage (1) selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'élément de protection (7) est une diode Zéner. 5. Bobine d'allumage (1) selon la revendication 3 5 caractérisé en ce que l'élément de protection (7) est une diode transil. 6. Bobine d'allumage (1) selon l'une des revendication 3 à 5 caractérisé en ce que la tension d'avalanche de la diode (7) a une valeur plus élevée que 10 la valeur de tension maximale des moyens de charge (13) de la bobine (1). 7. Boîtier d'allumage comprenant au moins une bobine d'allumage (1) dont la deuxième borne de l'enroulement secondaire (3b) est reliée à une sortie 15 Haute-tension (4) dudit boîtier apte à être reliée à au moins une bougie d'allumage d'un moteur à combustion interne caractérisé en ce que la au moins une bobine d'allumage (1) est une bobine d'allumage (1) selon l'une des revendications précédentes. 20