Dispositif générateur d'étincelles à fréquence élevée. La présente invention a trait à un dis positif déterminant des décharges électriques à haute tension susceptibles d'être utilisées pour provoquer l'allumage dans les moteurs à combustion interne.
Le développement des moteurs polycylin- driques à grande vitesse rend nécessaire l'em ploi de systèmes d'allumage susceptibles d'assurer et de régler avec toute la précision possible la production d'étincelles à des fré quences de plus en plus élevées. Pour de telles fréquences, les dispositions d'allumage de types usuels à entraînement mécanique doivent fonctionner à des vitesses supérieures on au moins égales @à la plus élevée des vi tesses de bon fonctionnement.
Par exemple, un moteur. à 14 cylindres à 3.000 tim. re quiert 21.000 étincelles par minute, un mo teur à 16 cylindres à 3.500 t/m. requiert 28.000 étincelles par minute et dans un ave nir prochain des vitesses encore plus élevées seront nécessaires.
Il est difficile de concevoir un système d'allumage actionné mécaniquement qui pro duise, à de telles vitesses, des étincelles dans les conditions voulues d'efficacité et de pré cision; de plus, les rupteurs mécaniques ne sont pas suffisamment robustes pour pouvoir fonctionner dans de telles conditions, n'y au rait-il qu'à tenir compte, entre autres choses, de la forte intensité du courant qui doit être mis en jeu pour induire la quantité d'énergie suffisante qui détermine l'étincelle dans les courts intervalles de temps disponibles. De plus,
dans les dispositifs d'allumage de type standard où l'enroulement primaire d'une bo bine d'induction est parcouru par un courant de forte intensité dont la coupure détermine la décharge haute tension, le rendement et la durée de la bobine sont limités du fait qu'elle est soumise à l'effet joule déterminé par les courants qui la traversent.
Comme ces bo bines doivent être bien isolées électriquement, la chaleur est difficilement évacuée et la tem pérature à l'intérieur de la bobine peut, au cours d'un usage prolongé, s'élever suffisam- ment pour déterminer la détérioration ou même la. destruction de la substance isolante.
Du point de vue technique aussi bien que du point de vue du fonctionnement et de l'en tretien, il est également nécessaire que le dispositif générateur de courant d'allumage soit isolé du moteur et, par suite, à l'abri des vibrations, de la chaleur et de la crasse pro venant de celui-ci. Ce dispositif doit être monté de façon à être d'un accès facile à ce lui qui désire le visiter ou le régler, ce qui est impossible avec les dispositifs d'allumage à grande vitesse de type courant.
Le dispositif d'allumage suivant l'inven tion est caractérisé en ce que les décharges à haute tension et fréquence élevée sont obte nues en faisant varier le courant primaire d'un transformateur en contrôlant la tension d'un élément d'un tube thermionique, de fa çon à le rendre périodiquement conducteur.
Le contrôle de la tension d'un élément du tube thermionique peut être réalisé par un dispositif comprenant une cellule photo électrique mise en oeuvre par une source de radiations qui tombent périodiquement sur cette cellule.
De cette façon, le dispositif ne comporte pas d'organes mécaniques vibrants ou soumis à des mouvements alternatifs et ses qualités de fonctionnement ne sont par conséquent pas altérées aux grandes vitesses du fait de l'iner tie ou de l'élasticité desdits organes. D'au tre part, la production du courant haute ten sion ne résulte pas de la réduction de champs magnétiques créés électriquement et, par suite, n'est pas soumise aux limitations inhé rentes aux systèmes dont le fonctionnement est basé sur ce procédé. Enfin, ce dispositif est tel que le passage du courant primaire peut être contrôlé par des relais électroniques et photoélectriques mis en aeuvre par des courants de commande de très faible inten sité.
Sur les dessins, on a représenté, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention: La fi-. 1 est une représentation schéma tique d'une forme de réalisation préférée du dispositif d'allumage suivant. la présente in vention.
La fig. la est une vue fragmentaire d'une modification du circuit représentée sur la fig. 1.
La fig. 2 est une vue analogue d'une se conde forme de réalisation de l'invention.
La fig. 3 est une coupe verticale, prati quée sensiblement suivant l'axe, d'une réali sation d'un dispositif de réglage qui peut s'appliquer aux différentes exécutions repré sentées.
La fig. 4 est une vue de détail en éléva tion d'une partie d'un moteur d'aviation re présentant le montage d'une forme d'exécu tion du dispositif qui fait l'objet de l'inven tion.
Sur la fig. 1 est représentée une source de courant continu à haute tension indiquée dans son ensemble par la référence 1. Cette source comporte un type courant de trans formateur 2 dont le primaire 3 est alimenté par une source de courant alternatif 4 conve nablement choisie. Le transformateur com prend les circuits secondaires basse tension 5 et 6 utilisés pour porter un filament à l'incandescence ou fournir un courant de chauffage, et un circuit secondaire haute ten sion 7 dont le point central est mis à la masse, comme indiqué en 8, et les deux extré mités reliées aux plaques 9 et 11 d'un tube redresseur ou valve 12 tel que le type désigné commercialement par le no 82.
Le filament cathode 13 de la valve 12 est chauffé par le secondaire basse tension 6 du transformateur 2 et est relié par un conducteur 14 à une bo bine de self dont les extrémités sont mises à la masse par l'intermédiaire de condensa teurs 16 et 16' de la façon habituelle, afin de supprimer les ondulations du courant re dressé. La borne positive de la bobine de self 15 est reliée par un conducteur 17 à une cas cade comportant quatre résistances 18, 19, 20 et 21 montées en série; l'extrémité libre de la résistance 21 est mise à la masse: le cir cuit de retour à la borne centrale 8 du secon daire 7 du transformateur est ainsi complété.
Un tube à décharge 22 à, atmosphère de gaz inerte où la décharge est contrôlée par une grille est utilisé pour appliquer de fa çon intermittente la tension de la source 1 au primaire 23 d'un transformateur 24, le secon daire 25 de ce transformateur étant relié par un conducteur 26 à un dispositif d'allumage indiqué schématiquement en 27.
A cet effet, le filament 30 du tube 22 est chauffé à par tir de l'enroulement secondaire 5 du transfor mateur, la plaque 28 est reliée par le conduc teur 23 ià l'extrémité basse tension de la ré sistance 18, de sorte que cette plaque est connectée à la source de puissance par l'inter médiaire de cette résistance: La cathode 31 est reliée par le conducteur 32 au primaire 23 du transformateur 24 et la borne opposée de ce primaire est mise à la masse par l'inter médiaire du conducteur 33 et de la résistance 21.
Un condensateur 34 est monté entre le conducteur 29 allant à la plaque 28 et le con ducteur 33 relié à la cathode, de sorte que le condensateur se trouve chargé par suite de la chute de potentiel qui se produit le long des résistances 19 et 20 alors que le tube 22 n'est pas conducteur et se décharge à travers ce même tube dès qu'il est rendu conducteur.
Afin de commander le fonctionnement du tube 22, la grille 35 est mise à la masse par l'intermédiaire d'une résistance convenable 36, de sorte que, si aucun courant ne par court la résistance 36, la grille est au poten tiel 0 et a, par cela même, une charge néga tive par rapport .à la cathode 31 du fait de la chute de tension à travers la résistance 21. Cette distribution des tensions rend le tube non conducteur.
Des moyens sont prévus pour communiquer périodiquement à la grille 35 une tension positive par rapport -à la cathode 31, afin de rendre le tube 22 conducteur; ces moyens comportent une cellule photoélec trique 3 7 dont la cathode 38 est reliée par un conducteur 39 à ladite grille alors que l'anode 41 de la cellule est reliée par un conducteur 42 à une borne 43 de la cascade placée à l'extrémité haute tension de la résistance 20.
On voit que, grâce à ce montage, quand la cellule photoélectrique 37 est rendue conduc- trice, un courant passe de la borne 43 de la cascade à la masse par l'intermédiaire du con ducteur 42, de la cellule photoélectrique 37 du conducteur 39 et de la résistance 36. De cette façon, la grille 35 est rendue positive par rapport à la masse du fait de la chute de tension que subit le courant -à travers la résistance 36.
Des moyens sont prévus pour contrôler la conductivité de la cellule photoélectrique 37 en harmonie avec le fonctionnement du mo teur à combustion interne où l'on doit com mander l'allumage; ces moyens consistent en une petite source de radiations indiquée dans son ensemble par la référence 44, montée sur un dispositif réflecteur condenseur de forme quelconque convenable tel que celui indiqué en 45 et 46. On projette ainsi un faisceau de radiations dont le foyer se trouve en 47 et qui est orienté de telle façon qu'il vient frapper la cathode 38 de la cellule photo électrique 37.
Près du foyer 47 du faisceau ou en ce foyer se trouve un dispositif obtu rateur constitué ici par un disque opaque 48 présentant des lumières 49 et entraîné par le moteur dont on veut assurer l'allumage de telle façon que les lumières 49 ne permettent le passage du faisceau lumineux que lors qu'on veut produire une décharge dans le dis positif d'allumage:27.
Le fonctionnement de cette réalisation de- l'invention est le suivant: Une fois mises sous tension de façon convenable, la source de puissance 1 et la source secondaire 44, la ro tation du disque 48 qu'entraîne le moteur a pour effet de faire tomber périodiquement le faisceau de radiations émises par cette source 44 sur la cathode 38 de la cellule photo électrique 37 et de rendre ainsi cette cellule conductrice.
La grille 35 du tube 22 devient alors positive par rapport .à la cathode 31 de ce tube et ce dernier devient à son tour con ducteur: la charge emmagasinée dans le con densateur 34 est libérée et passe dans le pri maire 23 du transformateur 24, ce qui pro voque une décharge sous haute tension pro venant du secondaire 25 au dispositif d'allu mage 27. Quand le condensateur 34 est par- tiellement déchargé, de sorte que la tension appliquée aux électrodes du tube 22 est infé rieure à la valeur nécessaire pour que la dé charge se poursuive, le tube 22 coupe le cir cuit.
La grille 35 est de nouveau chargée négativement à ce moment, le faisceau de ra diations se trouvant interrompu du fait de la rotation du disque 48 dont la. lumière 49 n'est plus sur le parcours du faisceau; le condensateur 34 est rechargé par le courant traversant, la résistance 18. Cette résistance 18 a une valeur telle que le courant qui la parcourt n'a pas une tension suffisante pour permettre une décharge continue dans le tube 22.
Si on désire réaliser une série d'étincelles en chaque point d'allumage du moteur, ceci peut évidemment être obtenu facilement en choisissant de façon convenable la. capacité du condensateur 34, la valeur de la résistance 18 et la disposition des lumières 49 du disque 48, pour que le condensateur 34 puisse se charger et se décharger à travers le tube 22 le nombre de fois nécessaire, cela à chaque passage de la lumière 49 du disque sur le parcours du faisceau de radiations.
Attendu que la décharge du secondaire dépend de la création du flux dans le pri maire 23 du transformateur 24 et que l'inten sité maximum du courant dans le primaire a une durée extrêmement courte, il est évident que la, tension qui peut être appliquée aux bornes du primaire sans provoquer d'échauf fement exagéré est beaucoup supérieure à celle qui peut être appliquée sans dommage dans un système d'allumage stantard où le flux doit avoir sa valeur maximum pendant un temps assez long, puis être interrompu pour provoquer une réduction du champ qu'il détermine. afin de donner naissance à la dé charge haute tension.
De plus, comme le cir cuit de grille du tube 22 a une très faible capacité, il est évident qu'il est sensible ins tantanément aux variations de conductivité de la cellule photoélectrique 37. Comme on peut réaliser pratiquement des tubes à con trôle par grille et à atmosphère inerte corres pondant à des conductivités quelconques, il est évident que l'on obtient le dispositif dé- crit un moyen permettant d'assurer l'allu mage d'un moteur à combustion interne en mettant en jeu la quantité voulue d'énergie avec un réglage précis à des vitesses bien supérieures aux vitesses de fonctionnement existantes ou futures.
L'opération de charge du condensateur 34 peut être activée dans de grandes proportions en reliant le condensateur à la borne de sor tie de la source 1 par l'intermédiaire d'une inductance convenable au lieu d'une résis tance non inductive 18. La fig. la représente un tel montage où une inductance 51 relie le conducteur 29 du tube 22 au conducteur 17 de la source 1.
Quand on désire employer une telle in ductance, le passage du courant dans celle-ci pendant la décharge à travers le tube 22 donne naissance à un champ au voisinage même de celle-ci. Quand le tube interrompt le circuit, la réduction de l'intensité du cou rant qui en résulte dans l'inductance déter mine une réduction dudit champ, qui a pour effet d'accroître l'intensité du courant de charge dans le condensateur 34.I1 a été cons taté lors du fonctionnement de ce montage comportant une inductance convenablement choisie que les étincelles pouvaient prendre naissance à des cadences assez élevées pour donner lieu à des fréquences musicales.
Dans la modification du dispositif repré senté sur la fig. 2, des oscillations électri ques entretenues sont déterminées au moyen d'un circuit oscillant de type courant. Ces os cillations sont amplifiées par un dispositif convenable pour exciter ensuite un transfor mateur afin de produire les étincelles d'allu mage. Le contrôle du débit est de préfé rence assuré au moyen d'un dispositif photo électrique qui rend l'amplificateur opérant ou inopérant.
Comme représenté ici, l'oscillateur comporte une lampe triode ordinaire 52 à contrôle par grille munie d'une cathode 53, d'une grille 54 reliée à un circuit oscillant 55 par une résistance 56 et une capacité<B>57,</B> et d'une plaque 58 reliée à une source de courant continu par un conducteur 59 et pourvu d'une bobine de réaction 61 en rela- Lion inductive avec le circuit oscillant 55.
le montage étant tel que le tube 52 soit maintenu en état d'oscillation. Le tube 52 est relié ià un tube amplificateur 62 par l'inter médiaire d'une résistance 63 montée dans le circuit-plaque du tube 52 et d'un condensa teur de couplage 64 relié à la grille 65 de l'amplificateur, la grille 65 étant mise à la masse par la résistance 66 et la cathode 60 étant mise à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 60' montée en parallèle avec une capacité 60".
Un étage d'amplification est interposé entre le tube amplificateur 62 et un transfor mateur 67; ce système d'amplification com porte deux tubes 68 et 69 dont les grilles sont reliées aux extrémités opposées du se condaire à borne centrale d'un transforma teur 71, le primaire de ce transformateur étant inséré sur le circuit-plaque 70 du tube 62, tandis que les plaques dudit tube sont reliées aux extrémités opposées du primaire muni d'une borne centrale du transformateur 67, suivant un montage bien connu dans la pratique.
La borne de sortie du transforma teur 67 est reliée à un dispositif d'allumage convenable représenté schématiquement en 73 du moteur.
Le contrôle des décharges de ce système générateur est réalisé au moyen d'une cel lule photoélectrique qui applique à la grille 65 du tube amplificateur 62 une tension qui annule sa conductivité dès que la cellule photoélectrique est rendue conductrice. Comme représenté ici, ce montage comporte une batterie 74 dont le pôle négatif est relié à la cathode 75 d'une cellule photoélectri que 76; l'anode de cette cellule est reliée, d'autre part, à la grille 65 du tube 62 par l'intermédiaire d'un conducteur 78.
Un dis que 79 entraîné par le moteur dont on veut assurer l'allumage est placé sur le trajet d'un faisceau de radiations émis par une pe tite source 81, ce disque comportant des lu mières 82 qui autorisent en permanence le passage de ce petit faisceau sauf aux ins tants où l'on désire réaliser une étincelle d'allumage. Le fonctionnement de ce mode de réalisa tion de l'invention est le suivant: le tube 62 se trouve accordé pour osciller à une fré quence qui est définie par les constantes du circuit oscillant et qui est bien supérieure à la fréquence d'allumage la plus élevée qui soit désirée.
Si le disque 79 est disposé de telle sorte qu'il interrompe le faisceau des radiations, le courant de plaque normal qui parcourt le-tube amplificateur 62 et la ré sistance 60' applique à la grille 65 une ten sion ne permettant que son fonctionnement normal comme amplificateur. Les oscilla- tions déterminées par le tube 52 sont donc amplifiées par le tube 62, puis par les tubes 68 et 69 et transmises au transformateur 67 pour produire un train d'étincelles au dispo sitif d'allumage 73.
Quand le disque 79 tourne et qu'une lumière 82 se trouve dans le trajet du faisceau lumineux, la cellule photoélectrique 76 est rendue conductrice et la - batterie 74 charge négativement la grille 65 du tube 62, de façon à rendre ce tube inopérant et à interrompre ainsi la dé charge génératrice d'étincelles.
Le tube 52 oscille constamment (ce qui rend inutile de déterminer des oscillations pour chaque décharge) et le contrôle du cir cuit de grille du tube amplificateur est sen siblement instantané; il est donc clair que le système peut également fournir des décharges haute tension en quantité pratiquement illi mitée avec un réglage très précis.
Une réalisation d'un mécanisme<B>dé</B> ré glage de distribution qui peut être employé conjointement avec l'un ou l'autre des sys tèmes générateurs d'étincelles décrit précé demment est représentée sur la fig. 3. Comme montré sur cette figure, un arbre 84, entraîné par un organe du moteur dont on veut assu rer l'allumage, tourillonne dans un boîtier 83; dont la forme se prête à un montage sur une partie convenable du moteur.
Une petite source 85 de radiations est montée sur le boî tier, à l'intérieur d'un réflecteur 86 qui fait converger un faisceau de radiations sur un hublot 87 d'un capuchon 88 contenant une, cellule photoélectrique 89. On peut intro duire dans le système une lentille biconvexe 91 qui concentre le faisceau sur l'écran ca thodique 92 de la cellule 89.
Un obturateur constitué par un tambour 93 est monté sur l'arbre 84 et présente des lumières 94 situées sur le parcours du fais ceau lumineux provenant de la source 85. Le montage est tel que si l'une des lumières 94 de l'obturateur coïncide avec le hublot 87 du capuchon de la cellule, cette cellule photo électrique atteinte par le faisceau de radia tions est rendue conductrice. Des ailettes 90 peuvent être montées sur le tambour 93 pour contribuer à dissiper la chaleur émise par la source secondaire.
L'arbre 84 est également utilisé pour en traîner un distributeur reliant aux instants voulus les dispositifs d'allumage des diffé rents cylindres du moteur à la source haute tension. Comme représenté sur la fig. 3, ceci est réalisé en montant un bloc distributeur 95 sur le boîtier 83 au moyen d'un couvercle 96; une borne centrale 97 de ce bloc est re liée à la borne haute tension du transfor mateur et des bornes 98 disposées sur une circonférence sont respectivement reliées par des câbles 99 aux dispositifs d'allumage des cylindres du moteur.
Un distributeur rotatif <B>101</B> est monté à l'extrémité supérieure de l'arbre 84 et porte un conducteur 102 quï connecte successivement l'électrode centrale 97 à. chacune des électrodes 98. Il est évident que ce système distributeur est de forme con ventionnelle et que d'autres dispositifs ap propriés peuvent lui être substitués.
Sur la fig. 4 est représentée une forme convenable de montage du dispositif de ré glage et de distribution sur un type stan dard de moteur. Comme représenté ici, le montage est réalisé en assujettissant un re bord du boîtier 83 sur une saillie convenable du carter du moteur où est logé un type con venable de transmission entraînant l'arbre 84.
Il est évident que la cellule photo électrique 89 peut être montée de façon à fonctionner soit dans les conditions de la fig. 1 (cellule 37), soit dans les conditions de la fig. 2 (cellule 76), et que l'obturateur 93 peut être construit de façon correspon dante soit pour que les lumières 94 coïn cident avec le hublot 87 du capuchon, quand on veut réaliser l'allumage si l'on met en ouvre le circuit représenté fig. 1 ou, au con traire, ne pas coïncider avec lui .à ce mo ment si les circuits de la. fi,-. ? sont mis en oeuvre.
Bien que certains exemples et réalisations p éférés de la présente invention aient été re- re présentés et décrits en détails, il est. évident que d'autres réalisations sont possibles et que différentes modifications peuvent être appor tées au montage et à la disposition des par ties sans sortir du domaine de l'invention.