Brevet FR2533261A1 — publié le 19840323

-1 " Installation pour détecter des fluctuations de pression dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne ". Leinvention concerne une installation pour détecter des fluctuations de pression dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à l'aide d'une bobine d'allumage, entre l'électrode médiane et l'électrode de masse de laquelle est susceptible d'être appliquée une tension de mesure dans un circuit de mesure découplé par l'intermédiaire d'une diode ou bien d'une résistance du circuit d'allumage, le courant ionique s'établissant après la fin du processus d'allumage par suite de la ten- sion de mesure appliquée aux électrodes, étant détecté, installation caractérisée e N ce que le circuit d'allumage et le circuit de mesure appliquent à l'électrode respec- tivement la plus petite une tension d'allumage ou bien une tension de mesure positive par rapport à la plus grande électrode. Il est connu de détecter les fluctuations de pres- sion dans la chambre de combustion d'un moteur à combus- tion interne avec ce que l'on appelle des sondes à cou- rant ionique Dans ce cas, on utilise le fait que pendant une combustion d'hydrocarbures, des molécules et des ato- mes chargés électriquement, c'est-à-dire des ions, ainsi que des électrons libres, prennent naissance Si on applique alors à un dispositif se trouvant dans la cham- bre de combustion et muni de deux électrodes, une tension de mesure, un courant ionique circule, ce courant dépen- dant de la concentration en ions Ce courant ionique est détecté et constitue une mesure pour le processus de com- bustion se déroulant dans la chambre de combustion Il est connu de faire appel au signal de courant ionique pour détecter des-cognements dans les moteurs à combustion interne. Par le document DE-OS 28 02 202, on connait une installation de ce type pour détecter les fluctuations de pression dans les chambres de combustion de moteurs à combustion interne, installation dans laquelle, une bougie d'allumage est en même temps utilisée comme installation de mesure du courant ionique Cette bougie d'allumage est en conséquence raccordée à un circuit d'allumage ainsi qulà un circuit de mesure, le circuit d'allumage appli- quant entre les électrodes de la bougie d'allumage une tension élevée, tandis que le circuit de mesure applique entre ces électrodes une tension de mesure basse par rap- port à la tension d'allumage Pour découpler alors le circuit de mesure du circuit d'allumage, dans le cas de cette installation connue, une diode ou bien une résis- tance de haute valeur ohmique est disposée dans le cir- cuit de mesure et élimine une réaction de la tension d'allumage élevée sur ce circuit de mesure L'installation connue fonctionne alors avec les polarités habituelles dans les installations d'allumage de moteurs à combustion interne, c'est-à-dire que la tension d'allumage est néga- tive, et en conséquence, la tension de mesure pour le cir- cuit de mesure de courant ionique, est également négative. Cette polarité entraîne toutefois pour les dispositions habituelles des électrodes dans les bougies d'allumage, des rendements de signaux relativement réduits dans le circuit de mesure, si bien que selon les cas, l'apparition de cognements peut n'être plus détectée de façon certaine. L'installation conforme à l'invention présente par contre l'avantage que l'on obtient une amélioration im- portante des rendements des signaux dans le circuit de mesure du courant ionique, de sorte qu'une meilleure in- terprétation des signaux, et donc une détection certaine des cognements, est possible L'installation se caracté- rise en ce que la tension de mesure est obtenue à partir d'une batterie; la tension de mesure est obtenue à par- tir d'un condensateur susceptible d'être chargé par l'in- termédiaire d'une diode à partir du circuit d'allumage la batterie du véhicule a sa borne négative reliée à la masse du véhicule, et sa borne positive reliée à deux points terminaux placés l'un à côté de l'autre dans le sens de bobinage de la bobine primaire et de la bobine secondaire, la tension d'allumage étant prélevée au point terminal opposé à la bobine secondaire. Notamment selon un exemple de réalisation préféré, les données essentielles de l'installation d'allumage d un véhicule automobile sous leurs formes actuellement courantes, peuvent être maintenues. D'autres avantages vont résulter de la description et des dessins ci-joints la figure 1 est un schéma de principe d'une forme de réalisation de l'installation conforme à l'invention, la figure 2 montre l'évolution dans le temps de la pression dans la chambre de combustion et d'une ten- sion de signal pour expliquer le schéma représenté sur la figure 1, la figure 3 est un schéma de principe d'une autre forme de réalisation. Comme déjà mentionné au début, lors d'un processus de combustion dans un moteur à combustion interne, des ions, c'est-à-dire des particules chargées électriquement, ainsi que des électrons libres, prennent naissance dans la chambre de combustion Le nombre des porteurs de char- ges libres positifs et négatifs est alors identique La masse au repos d'un électron libre est toutefois environ 30.000 fois plus petite que par exemple la masse des ions positifs H O + fréquents dans des processus de combustion de ce genre, c'est-à-dire que les porteurs de charges négatifs sont beaucoup plus légers La proportion des électrons libres par rapport aux porteurs de charges néga- tifs est largement prépondérante et atteint jusqu'à 99 %. Dans l'ensemble les porteurs de charges négatifs inter- venant en pratique, sont beaucoup plus légers que les porteurs de charges positifs intervenant en pratique. Si l'on utilise maintenant une bougie d'allumage comme sonde de courant ionique dans la chambre de combus- tion, sa configuration est habituellement telle que l'électrode médiane de la bougie d'allumage est notable- ment plus petite que l'électrode de masse Si maintenant on utilise la polarité de S tensions utilisées dans des installations d'allumage classiques, c'est-à-dire une ten- sion d'allumage négative et donc également une tension de mesure ionique négative, la petite électrode médiane est chargée négativement, tandis que la grande électrode de masse est chargée positivement Par contre, la notion de base de la présente invention, est que les polarités et les rapports de grandeurs connus sur les bougies d'allu- mage, ne correspondent pas au rapport de poids précité, des porteurs de charges intervenant. Conformément à l'invention, on utilise en conséquen- ce, une configuration d'électrode ou bien une polarité pour laquelle la plus petite électrode est préalablement mise sous tension positive, tandis que la plus grande électrode est préalablement mise sous tension négative. Les porteurs de charges négatifs plus légers subis- sent en effet, pour une même valeur absolue de la charge, une plus grande accélération dans un champ électrique et peuvent ainsi parcourir une course plus importante par unité de temps En conséquence, dans le cas de la confi- guration des électrodes ou bien de la polarité des élec- trodes choisie conformément à l'invention, on obtient que par unité de temps, autant de porteurs de charges néga- tifs atteignent l'électrode de plus petite surface que d'ions positifs, l'électrode de plus grande surface Par suite, on obtient, conformément à l'invention, un courant ionique notablement plus élevé, et donc, un rendement des signaux notablement plus élevé. Dans le cas du dispositif de circuit représenté sur la figure 1, une bougie d'allumage 10 est équipée d'une petite électrode médiane Il et d'une plus grande électro- de de masse 12 Une batterie de véhicule 13, de tension UB est conformément à l'invention, raccordée à la masse par sa borne positive et raccordée par sa borne négative, et par lintermédiaire d'un commutateur de marche 14, à une bobine primaire 15 d'une bobine d'allumage L'autre extrémité de la bobine primaire 15 est, d'une part, rac- cordée à une extrémité de la bobine secondaire 16 et, d'autre part, raccordée à la masse par l'intermédiaire d'un rupteur 17 Le rupteur 17 est actionné d'une façon connue en soi par une installation d'allumage 18 A l'au- tre extrémité de la bobine secondaire 16, une tension d'allumage positive peut être prélevée sur un conducteur d'allumage 19, cette tension étant appliquée à l'électrode médiane 11, par l'intermédiaire d'une diode 24 et d'un répartiteur d'allumage 25 Le circuit de mesure également raccordé à l'électrode médiane Il est constitué du mon- tage en série d'une diode 20, d'une source de tension de mesure 21 ainsi que d'une résistance de mesure 22 raccor- dée-à la masse La source de tension de mesure 21 avec la tension de mesure U est en relation par son pôle M * positif avec l'électrode médiane 11 et est raccordée à l'anode de la diode 20 Sur la résistance de mesure 22, une tension de signal Us est susceptible d'ê tre prélevée, cette tension étant appliquée à une unité de réglage de cognements 23 L'unité de réglage de cognement 23 à son tour, est d'une façon en soi connue, en liaison fonction- nelle avec l'installation d'allumage 18. Le circuit d'allumage constitué des éléments 13 à 18, 24, 25, assure, par l'intermédiaire de la bobine d'allumage 10, un processus de combustion de la façon classique, à ceci près, que contrairement aux installa- tions connues, une tension d'allumage positive est uti- lisée Lors d'une combustion normale, il s'instaure une évolution dans le temps de la pression p dans la chambre de combustion, telle qu'elle est indiquée en tirets sur la figure 2 Cette évolution de la pression représentée sur la figure 2, se situe essentiellement après l'achève- ment du processus d'allumage, si bien que la mesure du courant ionique qui doit avoir lieu en dehors du proces- sus d'allumage, peut détecter la partie essentielle de cette évolution de la pression A cet efffet, la tension de mesure U M est appliquée, par l'intermédiaire des élec- trodes 11, 12, et provoque la circulation d'un courant ionique II qui engendre sur la résistance de mesure 22, la tension de signal Us reportée au bas de la figure 2, le processus normal de combustion étant à nouveau reporté en tirets La diode 24 assure alors un découplage entre le circuit de mesure et le circuit d'allumage, car elle bloque la tension de rupture ou bien la tension de réta- blissement intervenant à la fin du temps de fermeture ou bien à la fin du temps d'ouverture du rupteur 17, si bien que des mesures continues deviennent possibles. Si maintenant une combustion avec cognement survient, telle qu'elle est indiquée sur la partie haute de la figure 2 par p' dans l'évolution de la pression, il en résulte également une fluctuation dans l'évolution du courant ionique ou bien du signal de mesure Ceci se traduit dans le cas de la figure 2, par une tension de signal filtrée Us,, ce signal étant ensuite traité de façon appropriée dans l'unité de réglage de cognement 23. Grâce à la polarité des tensions choisie conformément à l'invention, les porteurs de charges négatifs s'écoulent vers l'électrode 11, tandis que les porteurs de charges positifs s'écoulent vers la plus grande électrode 12, auquel cas il en résulte à partir des données physiques précédemment mentionnées, une amélioration du rendement des signaux dans la tension de mesure U s par rapport aux installations connues. Il est certes possible, même avec ce type de pola- rité, d'utiliser au lieu de la diode 20, une résistance de haute valeur ohmique, comme cela est connu dans l'état de la technique, mais le courant ionique II est de ce fait, fortement limité De cette façon, on détecte unique- ment la zone ohmique de la densité de courant ionique dans laquelle cette densité de courant dépend uniquement de l'intensité du champ, c'est-àdire du quotient de la tension et de la distance entre électrodes Pour mesurer la densité des ions, seule intéressante dans ce cas, il est toutefois nécessaire d'atteindre la zone non ohmique, ce pourquoi des densités des courant plus élevées sont toutefois nécessaires Pour cette raison, il est généra- 'lement plus avantageux d'utiliser au lieu d'une résistance de haute valeur ohmique, uniquement une diode 20, qui assure, d'une part, un découplage entre le circuit de mesure et le circuit d'allumage et qui, d'autre part, ne limite pas le courant ionique. L'autre exemple de réalisation selon la figure 3 utilise essentiellement les mêmes composants que l'exem - ple de réalisation selon la figure 1 et, en conséquence les mêmes références sont utilisées A la différence du premier exemple de réalisation, la batterie 21 a toute- fois ici, comme cela est généralement habituel aujourd'hui, sa borne négative à la masse La tension d'allumage posi- tive est alors obtenue par inversion de la polarité de la bobine secondaire 16 par rapport au dispositif habi- tuel, tel que représenté sur la figure 1. Une autre différence dans le cas du second exemple de réalisation consiste en ce que, pour obtenir la tension de mesure UM, il n'est pas utilisé de batterie séparée ( 21 sur la figure 1), mais un condensateur 27 qui est chargé, par l'intermédiaire d'une diode 26, à partir du côté primaire 15 de la bobine d'allumage Ainsi dans le cas de cet exemple de réalisation, les données classiques actuellement dans les véhicules, peuvent être maintenues dans une large mesure. É 533261 R E 'V E N D I C A T I O N S 1 ) Installation pour détecter des'fluctuations de pression dans la chambre de combustion d'un moteur à com- bustion interne à l'aide d'une bobine d'allumage, entre l'électrode médiane ( 1 1) et l'électrode de masse ( 12) de laquelle est susceptible d'être appliquée une tension de mesure (UM) dans un circuit de mesure découplé par l'in- termédiaire d'une diode ( 20) ou bien d'une résistance du circuit d'allumage, le courant ionique (II) s'établissant après la fin du processus d'allumage par suite de la ten- sion de mesure (UM) appliquée aux électrodes ( 11, 12), étant détecté, installation caractérisée en ce que le cir- cuit d'allumage et le circuit de mesure appliquent à l'électrode respectivement la plus petite ( 11) une tension d:allumage ou bien une tension de mesure positive par rapport à la plus grande électrode ( 12). 2 ) Installation selon la revendication 1, caracté- risée en ce que la tension de mesure (UM) est obtenue partir d'une batterie ( 21). 3 ) Installation selon la revendication 1, caracté- risée en ce que la tension de mesure (UM) est obtenue à partir d'un condensateur ( 27) susceptible d'être chargé par l'intermédiaire d'une diode ( 26) à partir du circuit d allumage. 4 ) Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la batterie ( 13) du véhicule a sa borne négative reliée à la masse du véhi- cule, et sa borne positive reliée à deux points terminaux placés l'un à côté de l'autre dans le sens de bobinage de la bobine primaire et de la bobine secondaire ( 15, 16), la tension d'allumage étant prélevée au point terminal opposé de la bobine secondaire ( 16).