Dispositif d'allumage par trains successifs d'étincelles distinctes à haute tension pour moteur à combustion interne La présente invention a pour objet un dis positif d'allumage pour moteur à combustion interne, tel qu'un moteur à explosion, une tur bine à gaz ou un réacteur, qui permet d'obtenir avant tout une très grande sécurité d'allumage, avec une faible usure et un encombrement res treint.
On sait que, pour obtenir une grande sécu rité d'allumage dans les moteurs à combustion interne, il est nécessaire de produire une série de fortes étincelles pour chaque allumage, de façon que, si celui-ci n'est pas obtenu déjà par la première étincelle (par suite d'encrassage des électrodes de la bougie ou d'une répartition momentanée défavorable du carburant), il puisse être obtenu par une des étincelles sui vantes. Il est particulièrement important que l'allumage, au moment du démarrage ou pen dant la marche au ralenti, soit produit par un grand nombre d'étincelles pour chaque explo sion, car c'est dans ces conditions de marche du moteur que. l'allumage est généralement le plus défavorable.
On connaît des dispositifs d'allumage utili sant un générateur d'impulsions à haute tension susceptible d'émettre de très fortes étincelles d'allumage, mais ces générateurs ne donnent en général qu'une seule étincelle pour chaque allumage, ce qui, comme indiqué plus haut, n'est pas suffisant. D'autres dispositifs à accu mulation d'énergie produisant des courants à haute tension et haute fréquence ou transfor mant des courants alternatifs basse tension de faible fréquence en impulsions de courant haute tension, ont été proposés afin de réaliser une série d'étincelles se succédant très rapidement.
Toutefois, ces dispositifs présentent l'inconvé nient que pratiquement toute l'énergie accumu lée est déchargée dans la première étincelle, qui, de ce fait, est très puissante, tandis que les étincelles suivantes de la série sont généra lement trop faibles pour provoquer un allumage si celui-ci n'a pas été provoqué par la pre mière.
Le dispositif d'allumage selon l'invention, qui permet d'obtenir pour chaque explosion du moteur un train d'étincelles à haute tension et de même puissance, comprend, d'une part un générateur électronique d'impulsions et une bobine d'allumage alimentés par une source de courant continu et, d'autre part; un distributeur et un rupteur destinés à être actionnés en syn chronisme avec la rotation du moteur.
Il .est caractérisé par le fait que ledit générateur d'impulsions comporte un multivibrateur élec tronique mis en et hors fonction par ledit rup teur, de sorte que ce multivibrateur émet des trains successifs d'impulsions à basse tension et de fréquence musicale, ainsi qu'un tube élec tronique de blocage commandé par chacune desdites impulsions à basse tension et provo quant l'émission de trains successifs d'impul sions d'allumage à haute tension par décharges successives de l'énergie accumulée dans la bo bine d'allumage,
et par le fait que le distribu teur comporte un organe de contact rotatif qui établit successivement une liaison entre ledit générateur d'impulsions et chacune des élec trodes d'allumage avant le début de l'émission d'un train d'impulsions d'allumage et inter rompt cette liaison après la fin d'un train d'im pulsions d'allumage.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, une forme d'exécution du dispositif d'al lumage selon l'invention, adaptée à un moteur à quatre cylindres.
La fig. -1 est un schéma de principe du dis positif d'allumage.
La fig. 2 est une vue en bout de la platine de contact du distributeur avec l'organe de contact rotatif représenté dans deux posi tions différentes D et E.
La fig. 3 est une vue schématique du rup teur dans la position de travail correspondant à la position D de l'organe de contact de la fig. 2.
La fig. 4 est une vue schématique du rup teur dans la position de travail correspondant à la position E de l'organe de "contact de la fig. 2.
La fig. 5 est une vue en bout de la platine de contact du distributeur montrant les angles de différentes positions que peut occuper l'or gane de contact rotatif sur chaque segment de contact. La fig. @6 est une vue schématique du rup teur en position fermée correspondant au temps d'émission d'étincelles d'allumage.
La fig. 7 montre la courbe de tension d'une étincelle élémentaire. La fig. 8 est une vue schématique en coupe de la bobine d'allumage.
La fi-. 9 est une vue en bout de la platine de contact du. distributeur.
Selon la fig. 1, le dispositif d'allumage comprend une dynamo de charge 1, connectée par un disjoncteur 2 à une batterie 4 et qui constitue avec celle-ci une source de courant continu dont le pôle négatif est mis à la terre. Un contacteur 3 et un conducteur 5 relient le pôle positif à un filtre antiparasite constitué par une bobine de self-induction 6 et deux con densateurs 7 et 8. Un conducteur 9 relie ce filtre à un élévateur de tension B constitué par un transformateur 10 .et un vibreur 11.
Le se condaire de cet élévateur de tension comporte une prise médiane reliée, d'une part, à ses deux extrémités par l'intermédiaire de résis tances 45, 46 branchées en série respectivement avec des condensateurs 47, 48 et, d'autre part, à la terre par un condensateur 13. Cette prise médiane est également reliée par un conduc teur 14 et un interrupteur de sécurité C à un générateur d'impulsions A. L'interrupteur de sécurité C est du type à mercure et son rôle est d'interrompre instantanément l'alimentation du générateur d'impulsions A lors d'un choc (par exemple, lorsque le véhicule bute violem ment contre un obstacle) ou lors d'un déplace ment du mercure (par exemple, lors d'un re tournement du véhicule).
Le générateur d'impulsions est alimenté par une tension positive de, par exemple, 180 à 200 V qui peut, du reste, être modifiée pour être adaptée à chaque cas particulier d'allu mage.
Les principaux éléments du générateur élec tronique d'impulsions A sont constitués par des tubes électroniques<I>LI</I> et L2 et une bobine d'allumage 23 (self-inductance) à noyau à haute perméabilité magnétique (bobine qui pourrait aussi être remplacée par un transfor mateur dont le secondaire serait relié au cir cuit d'allumage).
Le. tube<I>LI</I> comprend deux triodes, dont les grilles sont connectées respectivement par des condensateurs 28, 29 à l'anode de l'autre triode, et sont mises à la terre respectivement à travers des résistances 16, 17. Les anodes de chacune des triodes sont alimentées par le con ducteur 14 à travers des résistances 15, 18 respectivement, limitant le courant. La cathode 39 de la triode de droite est directement mise à la terre tandis que la cathode 40 de l'autre triode est mise à la terre de manière intermit tente par un conducteur 41 et un rupteur 27 dont la description est donnée plus loin.
Les deux triodes réagissent l'une sur l'au tre automatiquement et constituent un multi- vibrateur, se bloquant et se débloquant alter nativement pour produire aux anodes des im pulsions de courant de forme rectangulaire d'une fréquence bien définie, mais qui peut être choisie entre des limites étendues par mo dification des caractéristiques des condensa teurs 28, 29 et des résistances 16, 17. En choi sissant différentes valeurs pour les résistances 16, 17 on peut, en outre, modifier la durée des impulsions apparaissant aux anodes du tube LI.
Les impulsions produites à l'anode de la triode de droite sont transmises à travers le condensateur 19 à la grille de commande 21 du tube L2, dont l'anode 22 est connectée à la bobine d'allumage 23, alimentée par le con ducteur 14, et dont la cathode 60 est mise à la terre. Le tube L2 est une pentode à haute tension qui, outre, la grille de commande 21, comporte encore une grille de protection 61 alimentée par le conducteur 14 à travers une résistance 44 et une grille de freinage 62 mise à la terre à travers une résistance 43 relative ment faible. La grille de commande 21 est mise à la terre à travers une résistance de dériva tion 42.
La borne de sortie de la bobine d'allu mage 23 est reliée par un conducteur 25 à un organe de contact rotatif d'un distributeur 26. Cet organe est constitué par un doigt ro tatif 30 entraîné en rotation par l'arbre du moteur. Le distributeur 26 comporte des seg ments de contact 31, 32, 3.3 et 34 reliés res pectivement aux électrodes de quatre bougies d'allumage 35, 36, 37 et 38, et qui entrent en contact successivement avec le doigt 30.
Le rupteur 27 commandant la mise à la terre de la cathode 40, est actionné par une came 50 entrainée rotativement par l'axe du distributeur 26 en synchronisme avec le doigt de contact 30 de façon à couper la liaison élec trique entre la terre et la cathode 40 avant que ce doigt 30 quitte un des segments de contact 31, 32, 33 et 34 et à rétablir cette liaison seu lement lorsque ce doigt 30 est déjà engagé sur le segment de contact fixe suivant.
Un tube à décharge 49, par exemple au néon, et une résistance 24 sont branchés en série entre la borne de sortie de la bobine d'al lumage 23 et la terre afin de limiter la tension de crête du générateur et d'éviter des claqua ges et effluves dangereux.
Le dispositif d'allumage décrit fonctionne de la manière suivante Le contacteur 3 et l'interrupteur de sûreté C étant en position fermée, le générateur d'im pulsions est mis sous une tension d'alimenta- tion positive de 180 à 200 V.
La grille de commande 21 du tube L2 étant tout d'abord au potentiel de la terre, la tension appliquée sur l'anode .22 par la bobine d'allumage 23 engendre un courant qui traverse le tube L2. L'inductance de la bobine 23 étant très forte par suite du grand nombre de spires de son enroulement et de la grande perméabilité ma gnétique de son noyau, le courant qui la tra verse crée un champ magnétique accumulant une énergie considérable. La triode de droite du tube LI est également parcourue à ce mo ment par un courant d'attente.
Au cours de la rotation du moteur, le doigt de contact 30 du distributeur 26 s'engage sur l'un des segments fixes 31, 32, 33 ou 34 du distributeur et le contact du rupteur 27, ac tionné par la came 50, se ferme peu après en mettant à la terre la cathode 40 de la triode de gauche du tube LI. La tension de l'anode de cette triode, qui correspondait au potentiel du conducteur 14, s'abaisse subitement, de sorte qu'une impulsion négative est transmise par le condensateur de couplage 28 .à la grille de la triode de droite qui bloque alors cette triode. La tension de l'anode de cette triode reliée aux condensateurs de couplage 19 et 29 croit alors rapidement.
La grille de commande 21 du tube L2 reçoit une impulsion positive qui ne modifie pas sensiblement sa conductibi- lité présente. Au même instant, la grille de la triode de gauche du tube LI est chargée positi vement par le condensateur 29 ce qui diminue la résistance interne de cette triode.
La charge négative de la grille de la triode de droite diminue progressivement grâce à la résistance de dérivation 17 mise à la terre. Lorsque la tension de cette grille tombe en dessous d'une valeur donnée, cette triode est débloquée, ce qui entraîne une brusque chute de tension aux bornes des condensateurs 19 et 29 reliées à son anode et applique une tension négative à la grille 21 de la pentode L2, entraî nant un blocage brusque de celle-ci. -De même, la triode de gauche du tube LI est alors bloquée par une impulsion négative appliquée sur sa grille.
Le courant traversant la bobine d'allumage 23 est brusquement interrompu par le blocage de la pentode L2. L'énergie accumulée dans le champ magnétique de la bobine 23 engendre alors une impulsion à haute tension qui est transmise par un conducteur 25 au doigt de contact 30 du distributeur. Cette impulsion à haute tension est transmise par ce distributeur à la bougie d'allumage reliée électriquement à ce moment à la bobine 23.
Par suite de la réaction réciproque des deux triodes du tube LI, la grille de commande 21 de la pentode L2 est alimentée par des impul sions négatives se succédant très rapidement, qui coupent chaque fois brusquement le cou rant traversant la pentode L2. La durée du blo cage de cette pentode L2 peut être déterminée par le choix de la valeur de la résistance 42, de façon que ce blocage ne se maintienne pas beaucoup plus longtemps qu'il n'est nécessaire. Dès qu'une tension positive réapparaît sur la grille 21, la pentode L2 est débloquée et le champ magnétique de la bobine d'allumage 23 croît à nouveau.
La rapidité avec laquelle se succèdent les impulsions à haute tension est donc déterminée par la fréquence du multivibrateur LZ. Ce mul- tivibrateur est conçu pour fournir une fréquen- ce d'impulsions à la grille 21 de la pentode L2 comprise entre 1 et 10 kHz (fréquence musi cale). Le champ magnétique de la bobine 23 se recréant chaque fois entre les impulsions successives, on obtient une suite de décharges distinctes à haute tension et d'égale puissance.
Comme illustré dans les fig. 2, 3 et 4, la mise en-fonction du multivibrateur (tube LI) est chaque fois opérée alors que le doigt de con tact 30 du distributeur 26 est déjà engagé sur l'un des segments fixes, par exemple le seg ment 31.
Cette position du doigt .30, indiquée par D dans la fig. 2, correspond à la position de la came 50 illustrée dans la fig. 3 pour la quelle les contacts du rupteur 27 sont en train de se fermer et donc d'établir une liaison élec trique entre la cathode 40 et la terre.
Ce rup teur 27 reste en position de fermeture jusqu'au moment où le doigt de contact 30 atteint la position E de la fig. 2 et pendant toute cette période le multivibrateur envoie des impulsions de fréquence musicale sur la grille 21 de la pentode L2, de sorte que, pendant toute cette période, des impulsions à haute tension sont transmises à l'électrode d'allumage. Lorsque le doigt 30 atteint la position E, la came 50 est dans la position représentée à la fig. 4 pour laquelle les contacts du rupteur sont en train de s'ouvrir.
Dès ouverture de ces contacts, l'émission des impulsions engendrées par le multivibrateur LZ est interrompue car la liaison reliant la cathode 40 à la terre est interrompue. L'émission d'impulsions à haute tension est donc également interrompue.
De cette façon, lorsque le doigt 30 vient en contact avec chaque segment fixe de con tact du distributeur et quitte chacun de ces segments, il ne reçoit pas d'impulsions de cou rant, ce qui élimine tous les inconvénients ha bituels dus aux ruptures de courant à haute tension: Dans la fig. 5 sont représentées de façon plus précise les diverses positions du doigt de contact 30 du distributeur.
Sitôt le doigt de contact 30 engagé sur l'un des segments de contact, le rupteur provoque la mise à la terre de la cathode 40 et donc l'alimentation de ce doigt de contact 30 .en impulsions à haute ten- sion. Un angle de sûreté doit toutefois être pré vu afin de permettre un réglage de l'avance à l'allumage. Pour l'avance maximum, un angle de sécurité de<B>2,50</B> est suffisant. Par construc tion, le rupteur 27 reste en position de ferme ture pendant une rotation de 20,) de la came 50 qui correspond à un angle de rotation défini de l'arbre du moteur.
Pendant cet intervalle de temps, les impulsions à haute tension et de fréquence musicale sont envoyées dans celle des bougies qui est connectée à ce moment au. dispositif d'allumage.
L'angle au centre de chacun des segments fixes du distributeur 26 est de 350, de sorte qu'en prévoyant d'interrompre l'émission des impulsions 2,50 avant que le doigt 30 quitte le segment fixe, il reste encore un angle libre de 100 pour le réglage de l'instant dé l'allumage, ce qui est suffisant pour obtenir l'avance à l'al lumage normalement nécessaire.
En comparant les fig. 3 et 4 avec la fig. 6, on voit clairement qu'au cours de chaque révo lution complète du doigt de contact 30 du dis tributeur, le rupteur 27 reste quatre fois en position de fermeture pendant une durée de temps correspondant à un déplacement du doigt 30 de 20(l. Or, ce doigt 30 étant entramé par l'arbre du moteur ou son arbre à cames, tourne donc en synchronisme avec ce moteur le con tact mobile du rupteur 27 - actionné par la came 50 en synchronisme avec ce doigt 30 reste donc en position de fermeture pendant un angle de rotation du moteur qui reste constant pour toutes les vitesses de rotation de ce mo teur.
Dans la fig. 7, la courbe 51 montre la forme de chacune des impulsions à haute tension qui sont produites à chaque blocage de la pentode L, et se déchargent dans les bougies d'allu mage. Par suite du blocage électronique, donc pratiquement instantané, de la pentode Lz, les étincelles dans ces bougies sont très puissantes et bien séparées les unes des autres, ce qui facilite l'allumage de certains mélanges déto nants en général difficiles à allumer.
La haute tension des impulsions, qui ap paraît aux bornes de sortie et entre les diffé- rents enroulements de la bobine d'allumage 23, nécessite une isolation très soignée. Pour évi ter qu'il puisse se produire une certaine déri vation de l'énergie accumulée dans la bobine, ses enroulements sont de préférence agencés de la manière illustrée dans la fig. 8.
La bobine d'allumage 23 est constituée par un cylindre creux 52, par exemple en un matériau iso lant pour haute tension tel que le méthacrylate ,de méthyle,. renfermant des bobines plates 53, qui sont montées, avec de grands intervalles 54 entre elles, sur un noyau à haute perméabilité magnétique 55 protégé lui-même par une forte isolation en matière plastique, par exemple. Cette disposition sous forme de bobines plates de l'enroulement de la bobine d'allumage 23 confère à celle-ci une grande résistance aux hautes tensions ainsi qu'une faible capacité électrique.
Le corps fixe du distributeur 26 représenté dans la fig. 9 se compose d'une platine for mée d'un disque central isolant 56, par exem ple en matière plastique telle que le tétrafluor- éthylène et d'un anneau concentrique 57 éga lement en même matière, dans lequel sont en castrés les segments fixes de contact 31, 32,. 33 et 34, de façon à former une surface circulaire unie sur laquelle glisse le doigt de contact 30 (non figuré) dont l'axe est guidé par l'alésage 58.
Le tétrafluoréthylène a le double. avantage d'être un matériau isolant très efficace et de présenter un coefficient de frottement très réduit facilitant le glissement du doigt de contact. Le dispositif générateur d'impulsions, dé crit ci-dessus en référence au dessin annexé, présente l'avantage de comporter un Multivi brateur qui commande les trains d'impulsions par l'intermédiaire d'un tube électronique de blocage, ce qui évite la nécessité de prévoir une mise en oscillation du circuit à haute fréquence et les ennuis inhérents à ce mode de faire.
En outre, l'établissement et la rupture de la liaison électrique reliant le générateur d'impulsions à l'une ou à l'autre des bougies d'allumage du moteur s'effectuent sous tension et courant nuls, de sorte que l'usure des con tacts du distributeur est négligeable. Ce dispositif générateur d'impulsions com prend un petit nombre d'éléments connus et éprouvés,.
ce qui permet de réaliser une très grande sécurité de fonctionnement et une lon gue durée de vie, en particulier, du distribu teur qui est, dans les dispositifs cbnnus, l'or gane délicat.
Enfin, le dispositif décrit peut présenter un volume d'encombrement suffisamment petit pour permettre de l'utiliser en lieu et place des dispositifs d'allumage généralement utilisés.