WO2009016298A1 - Bobine d'allumage pourvue de moyens de mise a un potentiel faible d'un circuit magnetique - Google Patents

Bobine d'allumage pourvue de moyens de mise a un potentiel faible d'un circuit magnetique Download PDF

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Daniel Stauner
Philippe Schuttler
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
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    • H01F27/40—Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H01F27/402—Association of measuring or protective means

Definitions

  • the present invention relates to the field of electrical protection and electromagnetic compatibility (EMC) of ignition coils, in particular for motor vehicles and relates to an ignition coil comprising a primary winding adapted to be powered by means for charging the coil, a secondary winding connected to the primary winding by an inter-winding electrical connection disposed between respective first terminals of the primary winding and the secondary winding, the secondary winding comprising a second terminal adapted to power a winding. or a plurality of spark plugs, and a magnetic circuit disposed between the primary and secondary windings.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the generation of a secondary high voltage in an ignition coil can induce a voltage that can rise to a few kilovolts by charging by capacitive coupling.
  • a user including a mechanic, may receive an uncomfortable electrical discharge and a spark may occur during the sudden discharge of the magnetic circuit through the user.
  • the floating potential of the magnetic circuit generates electromagnetic radiation that can disrupt electrical components, such as nearby sensors. It is proposed in the prior art to mount the ignition coils on metal supports grounded by screws making contact with the magnetic circuit. Other solutions attempt to solve this problem when the ignition coils are fixed on insulating supports, putting a coil connector to the ground by a ground wire.
  • Another solution proposed in the prior art consists in interposing a protection resistor between the electromagnetic circuit and the positive terminal "+" of the coil to prevent an involuntary external grounding of the magnetic circuit from producing a short circuit. direct on the power supply of the vehicle, especially the battery.
  • the protection resistance value must be high which has the disadvantage of reducing the possibilities of discharge of the magnetic circuit causing disturbances of sensors placed nearby.
  • the object of the present invention is to provide an improved ignition coil and in particular to achieve a low potential, of the order of the voltage produced by the power supply of the vehicle of an ignition coil magnetic circuit, in particular apparent sheet metal coils, at a lower cost and without disturbing the surrounding electrical elements.
  • the coil according to the invention conforms to the preamble cited above. before, is remarkable in that a protective electrical connection is disposed between the magnetic circuit and the electrical connection mter-winding, the electrical protection connection comprising a protective device.
  • the protection device is an electronic device for blocking or limiting the flow of current, for blocking or limiting the flow of a current of the electrical connection protection to the magnetic circuit and to have a constant voltage at its terminals;
  • the protection device is an avalanche diode, the cathode of the diode being connected to the electrical connection mter-winding and the anode of the diode being connected to the magnetic circuit;
  • the protection device is an avalanche diode, the cathode of the diode being connected to the electrical connection mter-winding and the anode of the diode being connected to the magnetic circuit;
  • the protection element is a Zener diode
  • the protection element is a transil diode; the avalanche voltage of the diode has a higher value than the maximum voltage value of the coil charging means.
  • the invention relates to an ignition box comprising at least one ignition coil whose second terminal of the secondary winding is connected to a high-voltage output of said housing adapted to be connected to at least one a candle ignition system of an internal combustion engine characterized in that the at least one ignition coil is an ignition coil according to the invention.
  • the present invention aims to electrically protect an ignition coil 1.
  • the ignition coil 1 or a housing enclosing said coil 1 comprises coil connection means 5, for example a connector, capable of being connected to other power supply and control connection means 11 connected to means of connection.
  • load 13 of the coil 1 for example the positive terminal of a vehicle battery, and a computer 9, for example an ECU (Electronic Control Unit) via 10 power and control cables.
  • ECU Electronic Control Unit
  • the power supply and control connection means 11 may be connected to control means 12 controlled by the computer 9, for example a so-called “ignition driver” ignition controller which may take the form of a transistor, set in an on state for loading the coil 1.
  • ignition driver a so-called "ignition driver” ignition controller which may take the form of a transistor, set in an on state for loading the coil 1.
  • the ignition coil 1 comprises a primary winding 2, and a secondary winding 3 electrically connected by an inter-winding electrical connection 14 and a magnetic circuit 6 arranged in the magnetic field generated by the current flow through the primary windings 2 and secondary windings 3 for inductive coupling between the primary windings 2 and secondary windings 3.
  • the charge of the ignition coil 1 is effected by the primary winding 2, the coil connection means 5 being placed at the first and second terminals 2a, 2b of the primary winding 2.
  • connection means 5 When these connection means 5 are connected to the supply and control connection means 11, and that the computer 9 allows it, the current can grow in the primary winding 1 by the charging means 13.
  • the first terminal 2a of the primary winding 2 is then connected to the positive terminal of the charging means 13 of the coil 1, and the second terminal 2b of the primary winding 2 is then connected to the computer 9, for example by the control means 12.
  • the power supply is blocked by the computer 9.
  • the coil 1 can then generate a voltage necessary to make a spark at the electrodes of the spark plug, not shown, via an output of the ignition box.
  • - voltage 4 connected to a second terminal 3b of the secondary winding 3.
  • a first terminal 3a of the secondary winding 3 is connected to the first terminal 2a of the primary element 2 by the electrical connection mter-winding 14.
  • An electrical protection link 15 is formed between the electrical connection winding 14 and the electromagnetic circuit 6.
  • This electrical protection connection 15 comprises a protection device 7 which makes it possible to limit or completely block the current flowing from the electrical connection. winding 14 to the electromagnetic circuit 6.
  • a protection device 7 which makes it possible to limit or completely block the current flowing from the electrical connection. winding 14 to the electromagnetic circuit 6.
  • This protection element 7 may be a diode with an avalanche effect, of the Zener or Transil diode type, the cathode of this diode being connected to the electrical connection mter-winding 14, therefore to the positive terminal of the charging means 13 of the coil 1 when the coil connection means 5 and the power supply and control connection means 11 are in contact.
  • Zener diode the cathode of this diode being connected to the electrical connection mter-winding 14, therefore to the positive terminal of the charging means 13 of the coil 1 when the coil connection means 5 and the power supply and control connection means 11 are in contact.
  • the anode of this Zener diode 7 is connected to the magnetic circuit 6.
  • the Zener 7 diode In case of accidental grounding of the magnetic circuit 6, for example when handling a housing enclosing the ignition coil or coils 1, the Zener 7 diode will be in a blocking state, prohibiting or very strongly limiting the circulation. a current through the magnetic circuit 6 to the ground, current from, for example, the positive terminal of the charging means 13 of the coil 1. This current will be of the order of the micro-Ampere, depending on the Zener selected since the Zener diode will operate below its avalanche threshold.
  • the breakdown voltage or Zener voltage of the Zener diode 7 will be adjusted to a value greater than the maximum voltage value that the charging means 13 of the coil 1 can deliver. a flow of accumulated charges in the magnetic circuit 6 is made through the Zener diode 7 when the avalanche threshold thereof is reached. In this way the potential of the circuit is negatively charged to a low value in the absolute value of the order of ten volts, close to that of the charging means 13 of the coil 1.
  • the device according to the invention is not limited to the use of a Zener 7 diode for carrying out the protection. It will also be possible to choose as a protection element, a transil diode. The transil diode is placed in the same direction as the Zener diode. It will also be chosen a breakdown voltage value of the transil diode to be higher than the maximum voltage value that can be delivered by the charging means 13 of the coil 1.
  • the device according to the invention is not dedicated to a particular type of coil or motor vehicle, and can be reused many times.
  • This device can be applied in at least one ignition coil 1 enclosed in a housing containing a plurality of ignition coils 1.
  • the construction costs of the housing according to the invention are very low and the reliability of the coils is improved because all the protection components are contained in the coil or the housing, limiting the risk of corrosion or tearing.

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Abstract

L'invention concerne une bobine d'allumage (1) comprenant : un enroulement primaire (2) apte à être alimenté 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) 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), 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).

Description

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 interenroulement disposée entre des premières bornes respectives de l'enroulement primaire et de l'enroulement secondaire, l'enroulement secondaire comprenant une deuxième borne apte a 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 a 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. II 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 a 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 places 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 mter-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 a la liaison électrique mter-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 a la liaison électrique mter-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 îllustratif 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 interenroulement 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 mter-enroulement 14.
Une liaison électrique de protection 15 est réalisée entre la liaison électrique mter-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 mter- enroulement 14 vers le circuit électromagnétique 6. On parlera de courant limité lorsque le courant pouvant circuler sera de l'ordre du milli-Ampere 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 a la liaison électrique mter-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 a 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-Ampere, en fonction de la Zener choisie puisque la diode Zéner fonctionnera en dessous de son seuil d' avalanche .
On adaptera pour cela la tension de claquage ou tension Zener 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 .

Claims

REVENDICATIONS
1. Bobine d'allumage (1) comprenant : - un enroulement primaire (2) apte à être alimenté par des moyens de charge (13) de la bobine (1), un enroulement secondaire (3) relié à l'enroulement primaire (2) par une liaison électrique mter-enroulement (14) disposée entre des premières bornes (2a, 3a) respectives de l'enroulement primaire (2) 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), caractérisé en ce que une liaison électrique de protection (15) est disposée entre le circuit magnétique (6) et la liaison électrique mter-enroulement (14), la liaison électrique de protection (15) comprenant un dispositif de protection (7).
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 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 a effet avalanche, la cathode de la diode étant reliée a la liaison électrique mter-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 caractérisé en ce que l'élément de protection (7) est une diode transil.
6. Bobine d'allumage (1) selon l'une des revendication 3 a 5 caractérisé en ce que la tension d'avalanche de la diode (7) a une valeur plus élevée que 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 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.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5594616A (en) * 1995-03-27 1997-01-14 Ford Motor Company Electrical component connecting provisions for an ignition coil
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