FR2476755A1 - Systeme d'allumage pour des moteurs a combustion interne - Google Patents

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Abstract

A.SYSTEME D'ALLUMAGE POUR DES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE. B.A CHAQUE BOUGIE Z A Z EST ASSOCIE UN TRANSFORMATEUR DONT LES ENROULEMENTS PRIMAIRES P A P SONT RELIES A UN CIRCUIT ELECTRONIQUE DE COMMANDE ZK. LES ENROULEMENTS SECONDAIRES S A S SONT RELIES AUX ELECTRODES DES BOUGIES, ET SONT SUSCEPTIBLES D'ETRE COURT-CIRCUITES PAR UN INTERRUPTEUR MECANIQUE OU ELECTRONIQUE I. L'ATTAQUE DES TRANSFORMATEURS S'OPERE A PARTIR D'UN HACHEUR ALIMENTE PAR UNE SOURCE DE COURANT CONTINUE OU UNE SOURCE DE COURANT ALTERNATIVE REDRESSEE. UN TRANSFORMATEUR EST POURVU D'UN ENROULEMENT SECONDAIRE AUXILIAIRE H FOURNISSANT DES SIGNAUX AUDIT CIRCUIT DE COMMANDE SK, INFLUENCANT AINSI LA FREQUENCE ETOU LA DUREE D'IMPULSIONS DU HACHEUR. C.APPLICATION AUX MOTEURS A COMBUSTION INTERNE A ALLUMAGE PAR ETINCELLES.

Description

La présente invention concerne un système d'allumage pour des machines à combustion interne, plus particulièrement pour des moteurs à allumage par étincelles pour des véhicules automobiles.
La construction ou la réalisation de systèmes d'allumage pour des machines à combustion interne impose, de plus en plus, une bonne combustion du mélange du carburant, plus particulièrement dans la plage des bas régimes et dans le cas de compositions pauvres en mélange de carburant, afin d'obtenir, d'une part un bon rendement énergétique, et, d'autre part, une pollution aussi faible que possible de l'environnement
Avec les systèmes d'allumage classiques, dans lesquels la haute tension est obtenue à l'aide de bobines d'allumage et/ou de dispositifs capacitifs, et dans lesquels on obtient au niveau des bougies une étincelle qui décroît de façon exponentielle, les conditions susmentionnées ne sont pas obtenues dans une mesure satisfaisante.
La présente invention a pour objet un système d'allumage pour des moteurs à combustion interne, plus particulièrement pour des moteurs à allumage par étincelles pour des véhicules automobiles, gracie auquel on obtient une tension d'allumage au niveau des bougies, et dans lequel la durée de l'etincelle, plus particulièrement dans la plage des bas régimes, peut être réglée pour durer pendant un temps suffisamment long.
A cet effet, le système d'allumage pour machines ou moteurs à combustion interne, qui est du type rappelé en tête du présent mémoire, est, selon l'invention, essentiellement caractérisé par le fait qu'à chaque bougie est associé le secondaire d'un transformateur à primaire unique ou le secondaire d'un transformateur prevu pour chaque bougie, que le ou les enroulements primaires du ou des transformateurs sont reliés à un circuit électronique de commande, que les enroulements sècondaires des transformateurs sont reliés aux électrodes des bougies et sont susceptibles d'être shuntés par un interrupteur mécanique ou électronique, et que la. commande du ou des transformateur s'opère à l'aide d'un dispositif alimenté à partir d'une source de tension continue ou d'une source de tension alternative éventuellement redressé, ayant pour objet de fournir un courant alternatif dans le ou les primaires, dispositif pouvant être par exemple un hacheur (Tr).
Suivant une variante, les enroulements primaires des
transformateurs sont montés en parallèle entre eux, et ils sont
disposés dans un circuit oscillant LC.
Avantageusement, on associe au côté secondaire de l'un
des transformateurs un enroulement auxiliaire, ce dernier étant
relié à un circuit de commande qui est couplé inductivement au
hacheur
D'autres formes- de réalisation de l'objet de l'invention
sont caractérisées par le fait que le hacheur comporte un transis
tor dont le circuit émétteur-connecteur est monté en série avec les
enroulements primaires montés en parallèle entre eux et par le
fait que le circuit série est relié à une source de tension
continue ou à une source de tension alternative redressée, et
par le fait que la base du transistor est reliée au circuit de
commande.De plus, la base du transistor peut être reliée à un -second circuit de commande qui est constitué par un circuit série
RC relié à la tension continue ou à la tension alternative
redressée, et par un commutateur à diode bilatérale disposé entre
le circuit série RC et la base du transistor.
Une autre variante de l'invention est essentiellement
caractérisée par le fait quelle circuit de commande comporte
un limiteur de tension ou intégrateur alimenté par l'un des
transformateurs et que la tension rectangulaire obtenue par la
limitation de tension ou par l'intégration est appliquée à un
dispositif servant à retarder les impulsions et/ou à modifier la
largeur des impulsions. En outre, le système d'allumage selon
l'invention prévoit, entre la sortie du dispositif servant à
retarder les impulsions et/ou à modifier la largeur des impulsions,
d'une part, et la base du transistor en série avec le circuit
parallèle de circuits oscillants, d'autre part, un étage à transis
tor et un transformateur à circuit de protection contre les sur
tensions, monté en parallèle sur l'enroulement primaire.
Uneautre forme de réalisation du système d'allumage
selon l'invention est caractérisée par le fait que le circuit
oscillant qui comporte le transformateur qui est pourvu de l'enrou
lement auxiliaire est groupé avec le ou les circuits de commande
et avec le hacheur dans une seule et même unité de construction,
ou bloc de construction, et que les autres circuits oscillants sont
réunis sous la forme d'autres unités ou blocs de construction.
Les avantages de l'invention résident dans le fait que par un circuit de commande électronique unique, on peut alimenter plusieurs transformateurs qui fournissent différentes hautes tensions de fréquence élevée. Le court-circuit des enroulements secondaires des transformateurs, lorsqu'aucun allumage n'est à effectuer, ne conduit à aucune destruction de l'unité de commande électronique
A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et représenté aux dessins annexés différentes formes de réalisation d'un système d'allumage conforme à l'invention.
La figure 1A représente le système d'allumage conforme à l'invention, et la figure 1B représente la variante à transformateur à un seul primaire et à plusieurs secondairN-
La figure 2 représente l'ordre ou la séquence d'allumage dans le cas de moteurs à quatre cylindres.
La figure 3 est une autre forme de réalisation du système d'allumage conforme à l'invention.
La figure 4 représente le spectre d'impulsions de l'étin- celle d'allumage.
La figure 5 est un schéma de montage du circuit de commande électronique.
La figure SA en est une variante.
La figure 6 représente la commande du côté du secondaire.
La figure 7 est une réalisation pratique de la. commande selon la figure 6.
Dans la figure 1A, on a.représenté un système d'allumage pour un moteur à quatre cylindres. A chacune des quatre bougies d'allumage Z1 à Z4 est associé un transformateur comportant les enroulements primaires P1 à P4 et les enroulements secondaires à à 54. Les enroulements secondaires S1 à S4 sont reliés aux électrodes des bougies Zl à Z4) et des commutateurs mécaniques
I ou électroniques ! sont montés en parallèle sur lesdits enroulements secondaires. Ces commutateurs ou interrupteurs sont réalisés de telle façon qu'en cas de court-circuit, seul un faible courant de court-circuit est capable de passer.
L9étincelle au niveau des électrodes des bougies Z1 à Z se produit lorsque les interrupteurs mécaniques I ou les interrupteurs électroniques3 sont ouverts. C'est à ce moment là que la tension élevée qui est nécessaire pour la production de l'étincelle au niveau des électrodes des bougies Z1 à Z4, -est formée.
L'interrupteur ou commutateur électronique peut par exemple-être formé par une impedance ou par une résistance variable ou potentiomètre qui peut assumer des valeurs ohmiques réglables élevées ou faibles, suivant qu'un allumage est souhaitéou non.
La figure 1B représente une variante du système d'allumage de la figure 1A, comprenant un transformateur à primaire unique P et à un nombre de secondaires égal au nombre de bougies dans le dessin on a représenté quatre secondaires S1 à S4 pour un moteur à quatre bougies Z1 à Z4.
Cette réalisation présente l'avantage d'une construction plus ramassée, plus économique, tout en permettant d'économiser l'énergie électrique de la source de courant du véhicule.
Dans la figure 2, on a représenté le déroulement de l'allumage pour un moteur à quatre cylindres. Le point d'allez mage est déterminé par exemple à partir d'un interrupteur ou commutateur mécanique ou électronique associé au vilebrequin du moteur. De plus, on peut chmisir à volonté la durée de l'étincelle grâce à la durée d'ouverture de l'interrupteur mécanique ou électronique I ou 3 . Cette durée peut être déterminée, à volonté, par des dispositifs mécaniques ou électroniques qui sont accouplés avec d'autres fonctions du véhicule automobile.
Dans la figure 3 on a représenté une autre forme de réalisation du système d'allumage conforme à l'invention. Les enroulements primaires P1 à P4 des transformateurs sont montés en parallèle entre eux, et ils sont situés dans un circuit oscillant LC dont les capacités sont désignées par les références.
C1 à C4. A l'un des transformateurs est associé un enroulement auxiliaire H1 qui fournit les informations qui sont nécessaires pour la commande du circuit de commande électronique SK. De plus, on a prévu, dans le système d'allumage, un circuit d'allumage ZK qui commande l'étage d'interruption mécanique ou électronique
T. A l'aide du système d'allumage selon la figure 3, on forme au niveau des bougies Z1 à Z4, une étincelle haute tension et de fréquence élevée. La valeur de la tension est déterminée par les caractéristiques des transformateurs et par la fréquence du hacheur commandé par la source de tension continue ou par la source de tension alternative redressée.L'intensité du courant d'allumage est déterminée d'une part par les caractéristiques du transformateur et d'autre part par la durée de fermeture de l'élément -pour l'étage d'interruption T.
Dans la figure 4, on a représenté le spectre de tension U que l'on obtient au niveau des enroulements secondaires du transformateur, suivant que les interrupteurs mécaniques I ou électroniques 3 sont ouverts ou fermés.
Si cela s'avère être nécessaire, la tension au secondaire peut être redressée et filtrée.
Dans la figure 5, on a représenté un montage du circuit de commande électronique. A la source de tension continue +, est relié un circuit série qui est constitué par le circuit émetteur-connecteur du transistor Tr et par le circuit parallèle des circuits oscillants C-P1 C2"P2, Cn-Pn. En outre, le circuit série RC, constitué par la résistance R c et par le condensateur Cc est relié à la source de tension continue +,
Lors de la mise sous tension, le condensateur Cc se charge par l'intermédiaire de la résistance Rc. Dès que sa tension atteint la tension d'allumage du commutateur à diode bilatérale
D3, ce dernier émet une impulsion qui commande le transistor de puissance Tr dans son état passant.Aux bornes du circuit oscillant P1-C1 apparaît de ce fait une surtension. Aux bornes de lenroule- ment auxiliaire H1 apparaît une tension du même genre que celle qui se présente aux bornes de l'enroulement primaire P1.
La diode D2 sert à décharger le condensateur C c toutes les fois que le transistor Tr est commandé dans son état passant, en sorte que le commutateur à diode bilatérale ou Diac, est empêché d'appliquer une impulsion à la base du transistor Tr, pendant que ce dernier est dans son état non passant.
Par ailleurs, le dispositif constitué par le circuit
RC, qui se compose de R c et de C c' par le commutateur è diode bilatérale D3 et par la diode D2, peut être remplacé par un autre générateur d'impulsions émettant, après la mise sous tension du système, une seule impulsion, générateur d'impulsions qui peut être constitué par un étage à bascule mono stable ou par un oscilla teur de très faible fréquence, qui se bloque automatiquement après émission de la première impulsion
A partir de cette tension alternative, dont la fréquence est de prérérence d'environ 20 kHz, mais peut être supérieure à cette valeur, on obtient, à l'aide de la résistance R1 et de la diode ZD, et par une limitation de la tension, une tension rectangulaire. En parallèle sur la diode ZD se-sltue le circuit base émetteur du transistor T1. . Par l'intermédiaire de la résistance
R2, le collecteur de ce transistor T1 est relié à la tension auxiliaire E2. Cette tension auxiliaire E2 peut être obtenue à partir de la tension continue E1 ou à partir de la tension redressée -du circuit oscillant , qui est appliquée à un enroulement de transformateur, par exemple à un enroulement primaire ou à l'enroulement. .auriliire H1-.
Au collecteur du transistor T1 apparaissent de ce fait, des impulsions rectangulaires qui, par redressement et par formation d'impulsions, sont produites à partir de la tension alternative qui est appliquée à l'enroulement auxiliaire H1.
Au collecteur du transistor T1 est relié le circuit
RC qui est constitué par la résistance réglable ou potentiomètre
R' et par le condensateur C'. En aval du condensateur C' est prévu un générateur d'impulsions P qui fournit des impulsions rectangulaires en fonction de l'allure, dans le temps, de la tension qui règne aux bornes du condensateur C', Si la tension appliquée au générateur d'impulsion est supérieure à un seuil prédéterminé, on obtient à la sortie une impulsion dont la durée est déterminée par le générateur d'impulsions lui-même.
Le générateur d'impulsions est constitué par un circuit
NON-ET qui est relié, par l'une de ses entrées, directement avec le condensateur C', un circuit RC, constitué par la résistance
R" et par le condensateur C" étant prévu dans la voie de transmission, avec inversion du signe de la tension d'entrée. Par ailleurs, on peut utiliser, comme générateur d'impulsions, un circuit à transistors ou, par exemple, un circuit de déclenchement de Schmidt, et une bascule monostable montée en aval de ce dernier.
En aval du générateur d'impulsions P est prévu un étage à transistors comportant un dispositif à transistors
T2 réalisé sous la forme d'un circuit de Darlington. Cet étage à transistors est alimenté avec une tension auxiliaire Ual qui est obtenue par redressement de la tension alternative qui est appliquée à l'enroulement auxiliaire H1. Dans le circuit de collecteur du dispositif à transistors T2 est prévu l'enroulement primaire du transformateur Tp dont l'enroulement secondaire est relié au circuit base-émetteur du transistor Tr.
Le circuit de commande qui est relié à l'enroulement auxiliaire H1 fournit à. la base du transistor Tr des impulsions de commande rectangulaires. Ces impulsions rectangulaires sont fournies par le dispositif à transistors T2 et elles sont appliquées à la base du transistor Tr, par l'intermédiaire du transformateur de commande Tp.
La durée pendant laquelle le transistor T2 est dans son état de conduction est déterminée par la durée des impulsions fournies par le générateur d'impulsions P. A la sortie de ce dernier on dispose d'impulsions dont la position dans le temps ainsi que la durée sont susceptibles de varier. La position dans le temps est déterminée de telle manière à l'aide de la résistance réglable ou potentiomètre R' que le transistor Tr est conducteur lorsque le courant Lp1 passe par la valeur zéro. La durée d'impulsions est déterminée à laide de la résistance R". En faisant varier la largeur des impulsions, on peut faire varier l'intensité- de l'étincelle d'allumage. La résistance R" permet de ce fait de commander l'intensité de l'allumage.
Dans une variante du montage représenté dans la figure 5, la tension qui sert à commander le générateur d'impulsions peut également être obtenue par intégration de la tension aux bornes de l'enroulement auxiliaire H1, la diode ZD devant alors être remplacée par un élément d'intégration.
En raison de la surtension au niveau du circuit oscillant C1-P1, la tension au circuit collecteur-émetteur du transistor Tr peut s'inverser. Pour obtenir une protection contre de tellestensions, on prévoit, en parallèle sur le circuit collecteur-émetteur, une diode montée avec une polarité telle quelle est sollicitée dans son état non passant par la tension continue d'entrée.
Grâce à la commande électronique, on produit, au niveau des bougies, des étincelles d'allumage de tension et de fréquence v élevées.
La figure 5A est une variante du schéma de la figure 5 avec pour objectif une intégration plus poussée, les éléments identiques étant désignés par les mêmes références.
La référence CIC désigne un circuit intégré de commande comportant, entre autre 9 le circuit d'attaque de la base du transistor Tr et de contrôle de la commlutation de ce dernier, les circuits de stabilisation en fonction de la charge et les diverses protections.
Dans la figure 6 ona représenté un système de commande conforme à l'invention et qui est particulièrement avantageux pour l'allumage des bougies Z. L'enroulement secondaire S des transformateurs comporte un enroulement supplémentaire S' dont le circuit peut être court-circuité ou être ouvert au moyen des interrupteurs ou commutateurs mécaniques I ou au moyen des interrupteurs ou commutateurs électromécaniques ou électroniques
P . Le fait de court-circuiter l'enroulement secondaire par le moyen des interrupteurs ou commutateurs I ou P entraîne la suppression de la haute tension au niveau de l'enroulement secondaire S, ou l'abaissement de l'intensité à un niveau tel qu'aucune étincelle ne se forme au niveau des bougies Z.Par contre, lorsque les commutateurs ou interrupteurs I ou e sont ouverts, la haute tension nécessaire arrive aux électrodes des bougies Z, si bien qu'un allumage normal peut avoir lieu (voir aussi figure 4). L'avantage du principe selon l'invention, et qui .consiste à fournir ou à supprimer la haute tension du côté secondaire, réside dans le fait que cela est possible sans qu'aucune influence ne soit exercée du côté primaire P des transformateurs.
Dans la figure 7, on a représenté une réalisation pratique de la partie secondaire du circuit de commande de la figure 6.
Dans la figure 7, l'enroulement de commande S' délivre en fonctionnement une tension alternative au pont redresseur
D dont la tension de sortie est filtrée par le circuit comprenant deux condensateurs en parallèle C1 et C2 entre les bornes communes desquels est montée la résistance de lissage Rf. En parallèle sur le circuit de filtrage est monté un circuit parallèle constitué par une résistance R2 et le transistor I auquel sont appliquées des impulsions de commande qui déterminent l'instant de l'allumage de la bougie et la fin de allumage de cette dernière. Au point commun entre la résistance R2 et le collecteur du transistor
I est reliée une diode d qui par l'intermédiaire d'une résistance de limitation de courant R1 est reliée à la borne positive + V de la source de courant du véhicule.
Lorsque le transistor I est dans son état non passant, le courant débité par le redresseur D passe en totalité par la résistance R2 qui présente alors une impédance élevée en sorte que la tension aux bornes de l'enroulement S et par voie de conséquence au niveau de la bougie Z n'est pas perturbée et aucun obstacle ne s'oppose à la formation de l'étincelle.
Si par contre le transistor I est dans son état passant le courant débité par le redresseur passe en grande partie par le transistor I, avec pour conséquence une mise pratiquement en court-circuit de l'enroulement S' ce qui entraîne une chute de tension aux bornes de l'enroulement secondaire S donc aux bornes de la bougie Z, chute de tension qui est telle que l'étin- celle ne peut plus se produire
La résistance R1 et la diode d servent à alimenter le transistor I dans le cas où la tension aux bornes de Z, de S et de S' est nulle.
En bref, les avantages de l'invention peuvent se résumer comme suit. Le temps nécessaire pour obtenir la tension d'allumage au niveau des bougies est inférieur à celui des systèmes d'allumage de type connu. La durée des étincelles peut, par opposition aux systèmes connus, être prolongée à volonté et être fixée avec précision. De plus, l'étincelle d'allumage est alimentéede façon constante. Selon le réglage adopté, l'énergie de l'étincelle d'allumage peut être modifiée à volonté au moyen de la commande électronique. On obtient une combustion améliorée du mélange, plus particulièrement dans les bas régimes du moteur.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1. Système d'allumage pour machines à combustion interne-, plus particulièrement pour moteurs à allumage par étincelles pour des véhicules automobiles, caractérisé par le fait qu'à chaque bougie est associé le secondaire d'un transformateur à primaire unique ou le secondaire d'un transformateur prévu pour chaque bougie, que le ou les enroulements primaires du ou des transformateurs sont reliés à un circuit électronique de commande, que les enroulements secondaires des transformateurs sont reliés aux électrodes des bougies et sont susceptibles d'être shuntés par interrupteur mécanique ou électronique, et que la commande du ou des transformateurs s'opère à l'aide d'un dispositif alimenté à partir d'une source de tension continue ou d'une source de tension alternative éventuellement redressé, ayant pour objet de fournir un courant alternatif dans le ou les primaires, dispositif pouvant être par exemple un hacheur (Tr).
2. Système d'allumage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les enroulements primaires des transformateurs sont montés en parallèle entre eux et sont disposés dans un circuit oscillant LC.
3. Système d'allumage selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que du côté secondaire de l'un des transformateurs est prévu un enroulement auxiliaire, que ce dernier est relié à un circuit de commande et que celui-ci est couplé inductivement au hacheur.
4. Système d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le hacheur comporte un transistor (Tr) dont le circuit émetteur-collecteur est monté en série avec le circuit parallèle constitué par les enroulements primaires (P1 ... Pn), que le circuit série ainsi réalisé-est relié à la source de tension continue ou à la source de tension alternative redressée, et que la base du transistor (Tr) est reliée au circuit de commande.
5. Système d'allumage selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la base du transistor (Tr) est, de plus, reliée à un second circuit de commande qui est constitué par un circuit série RC (roc, Cc) relié à la source de tension continue ou à la source de tension alternative redressée, et par un commutateur à diode bilatérale ou Diac (D) monté entre le circuit série RC et la base du transistor (Tr).
6. Système d'allumage selon la revendication 3 ou la ou la revendication 5, caractérisé par le fait que le circuit de commande comporte un limiteur de tension ou un intégrateur alimenté par l'un des transformateurs et que la tension rectangulaire obtenue par la limitation de tension ou par l'intégration est appliquée à un dispositif servant à retarder les impulsions et/ou à modifier la largeur des impulsions.
7. Système d'allumage selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'entre la sortie du dispositif servant à retarder les impulsions et/ou à modifier la largeur des impulsions, d'une part, et la base du transistor (Tr) en série avec le circuit parallèle des circuits oscillants, d'autre part on prévoit un étage à transistors (T2) et un transformateur (top) à circuit de protection contre les surtensions, monté en parallèle sur l'enroulement primaire.
8. Système d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le circuit oscillant qui comporte le transformateur et qui est pourvu d'un enroulement auxiliaire est groupé avec le ou les circuits de commande et avec le hacheur dans une seule et même unité de construction ou bloc, et que les autres circuits oscillants sont réalisés sous la forme d'autres unités ou blocs de construction.
9. Système d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'aux enroulements secondaires S des transformateurs sont associés des enroulements supplémentaires S' dont les circuits peuvent être courtcircuités ou ouverts à l'aide d'interrupteurs mécaniques (I) ou électromécaniques ou électroniques P.
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