Brevet FR2675206A1 — publié le 19921016

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif de détection d'un raté d'allumage dans un moteur à combustion interne. Plus particulièrement, la présente invention est aussi relative à une application d'un tel procédé et d'un tel dispositif à la prévention de la dégradation d'un pot "catalytique" d'oxydation des gaz d'échappement du moteur. Les ratés d'allumage dans un moteur à combustion interne sont révélateurs de divers désordres pouvant affecter soit des moyens consacrés à l'allumage du mélange air/carburant (bobine, bougies, court-circuit des lignes d'alimentation, etc...) soit des moyens de constitution dudit mélange (carburateur, injecteurs). Des moyens de détection de tels ratés sont donc utiles pour corriger ces désordres par le nettoyage, le réglage ou le remplacement des organes défaillants. Des réglementations de plus en plus strictes en matière de pollution de l'air amènent en outre à considérer l'installation de tels moyens de détection à d'autres fins. En effet, les catalyseurs utilisés pour oxyder les gaz d'échappement d'un moteur sont eux-mêmes susceptibles d'être dégradés par des injections de carburant imbrûlé. En particulier, lorsqu'il y a raté d'allumage dans un cylindre du moteur, le carburant du mélange introduit dans le cylindre passe ensuite directement sur le catalyseur, sans combustion préalable. De telles injections diminuent considérablement l'efficacité du catalyseur dans sa conversion des gaz d'échappement, hydrocarbures, oxydes de carbone, oxydes d'azote, ... en oxydes moins polluants. I1 convient donc de protéger le catalyseur de telles injections de carburant imbrûlé, en coupant par exemple l'alimentation d'un injecteur de carburant quand des ratés d'allumage dans un cylindre d'un moteur ont été détectés. Pour détecter de tels ratés d'allumage, on peut penser à utiliser un capteur sensible à la pression régnant dans le cylindre. En cas de raté d'allumage, un tel capteur ne détecte pas la haute pression qui résulte normalement de l'explosion du mélange air/carburant. Les capteurs actuellement utilisés pour nesurer la pression dans un cylindre de moteur à combustion interne souffrent, notamment du fait de l'environnement particulièrement sévère dans lequel ils sont installés, d'une solidité, d'une fiabilité et d'une précision insuffisantes, étant très sensibles à la température. Ils sont en outre trop coûteux pour pouvoir être installés dans un moteur destiné à un véhicule de grande diffusion. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé et un dispositif de détection d'un raté d'allumage dans un cylindre de moteur à combustion interne, qui soient simples, fiables et de mise en oeuvre peu coûteuse. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de détection d'un raté d'allumage dans un cylindre de moteur à combustion interne dans lequel on introduit un mélange air/carburant et on engendre une étincelle pour allumer le mélange. Suivant l'invention, postérieurement à l'extinction de cette etincelle, on détecte la présence ou l'absence d'une ionisation des gaz contenus dans le cylindre et on en déduit la non-occurrence ou l'occurrence préalable respectivement, d'un raté de l'allumage du mélange. L'explosion du mélange qui fait normalement suite à la génération de l'étincelle d'allumage, crée des conditions de température et de pression dans le cylindre qui provoquent l'ionisation des gaz contenus dans celuici. L'absence d'une telle ionisation est alors révélatrice de l'occurrence préalable d'un raté d'allumage. Suivant l'invention encore, pour détecter l'ionisation des gaz, on alimente une bougie d'allumage du mélange avec une tension électrique prédéterminée et on détecte alors l'éventuel passage d'un courant dans la bougie. La bougie sert alors de sonde d'ionisation, ce qui rend la mise en oeuvre de l'invention particulièrement peu coûteuse. Suivant une mise en oeuvre préférée de la présente invention, on intègre l'éventuel courant détecté dans la bougie pendant une fenêtre temporelle prédéterminée et on déduit un raté d d'allumage d'un non-dépassement par l'intégrale d' une valeur prédéterminée. Une telle mesure intégrale, réalisée pendant une fenêtre temporelle bien déterminée, permet d'identifier correctement la présence d'un courant d'ionisation et de filtrer d'éventuelles fluctuations parasites de ce courant. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'invention fournit un dispositif comprenant a) des moyens pour déterminer un instant postérieur à l'extinction d'une étincelle produite dans une bougie d'allumage du mélange air/carburant contenu dans le cylindre, b) des moyens pour alimenter alors la bougie avec une tension électrique prédéterminée propre à provoquer le passage d'un courant dans cette bougie si les gaz présents entre les électrodes de la bougie résultent d'une combustion ionisante déclenchée par l'étincelle et c) des Doyens pour détecter le courant qui passe alors éventuellement dans la bougie. D'autres caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma du dispositif suivant l'invention, - la figure 2 représente un ensemble de diagrammes temporels de signaux utiles à l'explication du procédé de détection suivant l'invention, mis en oeuvre à l'aide du dispositif de la figure 1, et - la figure 3 représente schématiquement un mode de réalisation particulier du dispositif suivant l'invention, associé à un dispositif d'allumage d'un moteur à combustion interne multicylindre, équipé d'un distributeur mécanique des étincelles d'allumage dans les cylindres du moteur. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où 1 'on a représenté schématiquement un dispositif d'allumage d'une bougie 1 placée dans un cylindre d'un moteur à combustion interne (non représenté). Le dispositif d'allumage comprend classiquement une bobine 2 placée entre un circuit primaire 3 et un circuit secondaire 4 connecté à une électrode de la bougie 1, l'autre électrode de cette bougie étant connectée à la masse. La bobine 2 comprend des enroul- ents primaire 5 et secondaire 6 couplés électromagnétiquement, placés dans les circuits 3 et 4 respectivement. Des moyens (non représentés) permettent de charger l'enroulement primaire 5 et de provoquer une décharge brusque de l'énergie stockée dans cet enroulement, dans le circuit secondaire 4 et donc entre les électrodes de la bougie 1, sous très haute tension, pour y provoquer la génération d'une étincelle d'allumage d'un mélange air/carburant préalablement introduit dans le cylindre associé du moteur. Tous ces moyens sont bien connus et n'exigent pas une description plus complète. On notera seulement que les enroulements 5 et 6 de la bobine 2 ne présentent aucune borne commune, contrairement à une disposition couramment adoptée. Sur la figure 1, le dispositif d'allumage décrit cidessus est associé au dispositif de détection d'un raté d'allumage suivant l'invention. Celui-ci comprend des moyens pour alimenter la bougie, postérieurement à l'instant d'extinction prévu d'une étincelle d'allumage de cette bougie, avec une tension disponible aux bornes d'un condensateur 7 placé en série avec une électrode de la bougie, à travers l'enroulement secondaire 6 de la bobine 2. Le condensateur 7 est d'autre part connecté à la masse, à travers une résistance de charge 8. Pendant une étincelle d'allumage, un courant d'étincelle circule dans le circuit secondaire 4 et charge le condensateur 7 à travers la bobine 6. Cette charge est limitée à une tension prédéterminée par une diode de Zener 9 montée en parallèle sur le condensateur 7. Suivant une caractéristique essentielle de la présente invention, cette tension et la capacité du condensateur sont calculées pour assurer la circulation dans la bougie 1 d'un courant, lorsqu'une explosion préalable du mélange air/carburant dans le cylindre a établi dans celui-ci des conditions de température et de pression propres à ioniser les gaz présents dans le cylindre. Des essais ont montré qu'un condensateur chargé sous 400 V environ, se décharge alors dans le circuit 4 en faisant passer un courant dans la bougie 1. Le non-passage d'un tel courant dans cette bougie est donc significatif d'un non-allumage préalable du mélange, propriété que l'on exploite dans le procédé de détection suivant l'invention. Pour détecter le passage éventuel d'un courant dans la bougie, le dispositif suivant l'invention comprend des moyens de détection 10 alimentés par un signal de tension prélevé sur la borne commune 11 au condensateur 7 et la résistance 8, débarassé par un condensateur 12 de fluctuations parasites, amplifié en 13 et numérisé par un convertisseur analogique-numérique 14 dont la sortie alimente un calculateur numérique 15 formant partie des moyens de détection 10, avec le convertisseur 14. On observera que ces moyens de détection sont directement connectés au circuit secondaire 4 du dispositif d'allumage. Les moyens de détection 10 sont aussi alimentés avec un signal délivré par des moyens 16 de repérage angulaire d'un cycle de fonctionnement du moteur. De tels moyens sont bien connus et sont constitués par exemple d'une roue dentée montée sur l'arbre de sortie du moteur et d'un capteur à réluctance variable place en regard de la périphérie de la roue pour détecter et compter les dents de celle-ci qui défilent devant le capteur. C'est avec un tel dispositif que l'on peut régler avec précision l'avance à l'allumage du mélange dans chacun des cylindres du moteur, par exemple. On se réfère maintenant aux diagrammes temporels de la figure 2, pour expliquer le fonctionnement du procédé de détection suivant l'invention, mis en oeuvre à l'aide du dispositif de la figure 1. Sur cette figure, on a représenté deux situations, à savoir une situation dans laquelle l'allumage de la bougie est "normal" et une situation correspondant à un "raté d'allumage". Le diagramme d'allumage repère par une flèche brisée l'instant de déclenchement d'une étincelle d'allumage. La tension prélevée au point 11 reflète l'apparition, à partir de cet instant d'allumage, d'un arc d'une durée t0 sensiblement constante. Pendant cette durée t0, le condensateur 7 se charge jusqu'à une tension limitée par la diode de Zener 9 à 400 V par exemple.A l'extinction de l'étincelle, et si le mélange air/carburant s'est allumé, le condensateur 7 se décharge dans le circuit 4, à travers l'enroulement 6 et les électrodes de la bougie 1, grâce à l'ionisation du gaz présent entre ces électrodes et plus généralement dans le cylindre, consécutive à l'explosion du mélange air/carburant provoquée par l'étincelle d'allumage pendant l'intervalle de temps t,. En présence de ce gaz ionisé, on a mesuré qu'un courant passe dans la bougie lorsqu'on applique à celle-ci une tension de quelques centaines de volts, 400 V par exemple, alors qu'il faut une tension de 20 à 40 kV pour déclencher l'allumage du mélange air/carburant, comme il est bien connu. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, pour mesurer ce courant de décharge du condensateur 7 dans un gaz ionisé par un allumage normal du mélange air/carburant, on échantillonne et on numérise la tension prélevée en 11 pendant une fenêtre temporelle t1 suivant immédiatement la durée d'étincelle to. Cette fenêtre temporelle t1 est déterminée par le calculateur 15 à l'aide de son équivalent angulaire fourni par les moyens de repérage angulaire 16. Comme représenté à la figure 2, la tension inversée que l'on observe en 11 pendant la fenêtre t1 est de l'ordre de 0,2 V par exemple alors que celle, directe, observée pendant l'étincelle de durée t0 est de l'ordre de 0,6 V environ. On notera incidemment la présence, dans le schéma de la figure 1, d'une diode 17 montée passante entre le point 11 et la masse. Cette diode sert à court-circuiter la résistance de charge 8 pendant le passage du courant d'étincelle, pour ne pas perturber les moyens de détection du dispositif suivant l'invention. On revient aux diagrammes de la figure 2 où il apparaît que suivant l'invention, le calculateur 15 "integre" la tension en 11, par sommation équivalente des échantillons de tension numérisés prélevés pendant la fenêtre tl. Une telle sommation permet d'affranchir la détection de fluctuations parasites non significatives de l'allumage proprement dit. Ainsi, si la somme des échantillons est supérieure à un seuil S prédéterminé, le calculateur ne signale aucun raté d'allumage.Si au contraire (voir la partie droite du diagramme de la figure 2), l'étincelle d'allumage n'a pas provoqué la combustion du mélange, le condensateur 7 ne peut se décharger dans le circuit 4 et aucun échantillon de la tension en 11 n' est saisi par le calculateur, à des échantillons parasites près dont la sommation restera inférieure au seuil S prédéterminé. Le calculateur signale alors un raté d'allumage. Comme on l'a vu plus haut, la détection d'un raté d'allumage peut être utilisée pour signaler la nécessité d'un travail d'entretien des organes des dispositifs d'allumage, de carburation ou d'injection assurant la commande et l'alimentation du moteur. La détection de ratés d'allumage peut également servir à couper l'alimentation d'un injecteur de carburant associé au cylindre dans lequel on a détecté les ratés, pour éviter qu'un carburant imbrûlé susceptible d'endommager un catalyseur d'oxydation des gaz d'échappement du moteur ne vienne mouiller ce catalyseur. On a observé que le dispositif suivant l'invention donnait des résultats très satisfaisants en régimes permanents du moteur, alors que ces résultats peuvent être moins fiables en régimes transitoires. Dans un tel cas, un logiciel chargé dans le calculateur peut être utilisé pour exclure les détections opérées en régimes transitoires. On a représenté à la figure 3 un mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, adapté à la détection de ratés d'allumage dans les cylindres d'un moteur à combustion interne à quatre cylindres, dont les bougies sont sélectivement et séquentiellement connectées au circuit secondaire du dispositif d'allumage par un distributeur mécanique 18 à rupteur tournant 19. Sur la figure 3, des éléments ou organes analogues à ceux représentés sur la figure 1 sont repérés par le même nombre. Suivant l'invention, des diodes 201 à 204, à très forte tension inverse, capables de supporter la tension d'allumage d'étincelle dans les bougies, sont montées passantes du rupteur 19 vers les bougies 11 à 14 respectivement, pour autoriser le passage du courant "d'ionisation" lors de la décharge du condensateur 7. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés à titre d'exemple. Ainsi, les diodes 201 à 204 deviennent inutiles dans le cas d'un dispositif d'allumage électronique "statique", REVENDICATIONS 1. Procédé de détection d'un raté d'allumage dans un cylindre de moteur à combustion interne dans lequel on introduit un mélange air/carburant et on engendre une étincelle pour allumer le mélange, caractérisé en ce que, postérieurement à l'extinction de cette étincelle, on détecte la présence ou l'absence d'une ionisation des gaz contenus dans le cylindre et on en déduit la nonoccurrence ou l'occurrence préalable respectivement, d'un raté de l'allumage du mélange. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que, pour détecter l'ionisation des gaz, on alimente une bougie d'allumage du mélange avec une tension électrique prédéterminée et on détecte alors l'éventuel passage d'un courant dans la bougie. 3. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'on integre l'éventuel courant détecté dans la bougie pendant une fenêtre de temps prédéterminée et on déduit un raté d'allumage d'un non-dépassement par l'intégrale d'une valeur (S) prédéterminée. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend a) des moyens (16) pour déterminer un instant postérieur à l'extinction d'une étincelle produite dans une bougie d'allumage du mélange air/carburant contenu dans le cylindre, b) des moyens (7,9) pour alimenter alors la bougie avec une tension électrique prédéterminée propre à provoquer le passage d'un courant dans cette bougie si le gaz présent entre les électrodes de la bougie résulte d'une combustion ionisante déclenchée par l'étincelle et c) des moyens (10) pour détecter le courant qui passe alors éventuellement dans la bougie. 5. Dispositif conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens (16) pour déterminer un instant postérieur à l'extinction d'une étincelle d'allumage comprennent des moyens de repérage angulaire du cycle de fonctionnement du moteur. 6. Dispositif conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens d'alimentation comprennent a) un condensateur (7) connecté à une électrode de la bougie pour se charger sous l'action d'un courant d'étincelle d'allumage et b) une diode de Zener (9) montée en parallèle sur le condensateur pour limiter la charge du condensateur à la tension prédéterminée. 7. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce qu'une résistance de charge (8) est placée en série avec le condensateur, entre celui-ci et la masse alors qu'une diode (17) passante vers la masse est montée en série avec la diode de Zener, entre cette dernière et la masse, lesdits moyens de detection (10) du courant étant constitués par un calculateur numérique (15) alimenté, à travers un convertisseur analogique/numérique (14), par la tension régnant sur la borne commune (11) des deux diodes, et par les moyens de repérage angulaire (16) du cycle du moteur, pour détecter la présence éventuelle d'un courant d'ionisation dans la bougie postérieurement à l'extinction d'une étincelle d'allumage. 8. Dispositif conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que le calculateur (15) comprend des moyens pour échantillonner et intégrer ladite tension pendant une fenêtre angulaire prédéterminée (tel) suivant l'extinction d'une étincelle d'allumage et des moyens pour signaler un raté d'allumage quand l'intégrale calculée reste inférieure à une valeur (S) prédéterminée. 9. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 8, associé à un moteur à plusieurs cylindres dont les bougies sont sélectivement et successivement connectées au secondaire d'une bobine d'allumage par l'intermédiaire dtun distributeur mécanique (18), caractérisé en ce qu'une diode (201 à 204 est montée passante entre le rupteur (19) du distributeur (18) et chaque bougie (11 à 14), pour la transmission d'un courant d'ionisation éventuel passant dans la bougie. 10. Application du dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 9, à la commande de la coupure de l'alimentation en carburant d'un cylindre d'un moteur à combustion interne, après détection d'au moins un raté d'allumage.