Brevet FR2736398A1 — publié le 19970110

Etat de la technique La présente invention concerne une installation d'allumage pour un moteur à combustion interne, comprenant une unité de commande définissant des grandeurs de commande à partir de paramètres de fonctionnement du moteur à com- bustion interne détectés par des capteurs, au moins un moyen pour détecter la tension du secondaire transformée du côté primaire d'une bobine d'allumage ainsi qu'une instal- lation d'exploitation qui reçoit la tension primaire four- nie par au moins un moyen. On connaît déjà une telle installation d'allumage selon le document US-A-4 918 389 ou le document correspondant EP 0 344 349; dans cette installation, la surveillance se fait par une surveillance de la durée des étincelles du côté du primaire. Pour cela, on saisit la tension de combustion transformée du côté primaire et on la compare de manière correspondante à des seuils prédétermi- nés pour qu'en cas de différence par rapport à ces seuils, on puisse conclure à une combustion défectueuse. D'autres procédés connus de surveillance du fonctionnement d'installations d'allumage consistent par exemple à surveiller la température du catalyseur, à détec- ter l'irrégularité de fonctionnement ou par exemple à dé- tecter le signal de la sonde Lambda. Avantages de l'invention. La présente invention concerne une installation d'allumage correspondant au type défini ci-dessus caracté- risée en ce que l'installation d'exploitation saisit l'amortissement de la tension secondaire après la fin des étincelles comme mesure du fonctionnement de l'installation d'allumage. L'installation d'allumage selon l'invention of- fre l'avantage de permettre de connaître les défauts du cô- té secondaire de la bobine d'allumage tels que les courts- circuits au niveau de la bougie bien avant qu'il n'y ait des ratés d'allumage. Pour cela on saisit les opérations de compensa- tion de l'énergie résiduelle au niveau de la bobine d'allumage après l'extinction des étincelles et on exploite cette information. Les opérations de compensation de l'énergie résiduelle dans la bobine d'allumage conduisent à des oscillations du côté primaire et du côté secondaire de la bobine d'allumage; ces oscillations sont amorties plus ou moins fortement par les résistances de courts-circuits éventuels au niveau des bougies. Cet amortissement consti- tue ainsi une mesure de l'existence de résistances parallè- les dans le circuit secondaire. Cela permet d'obtenir par exemple une information précise de l'état de la bougie d'allumage sans avoir à démonter la bougie. Enfin, l'analyse de ces procédés en aval, après la fin de l'étincelle permet d'exploiter des informations indépendam- ment des conditions de la décharge de gaz et ainsi d'autres influences. Seuls les paramètres électriques de l'installa- tion d'allumage interviennent. Selon d'autres caractéristiques avantageuses, on peut par exemple saisir l'amortissement à la fin de l'étincelle en procédant de différentes manières. Enfin l'unité d'exploitation peut être intégrée directement dans l'appareil de commande pour saisir l'amortissement et être prise en compte ainsi directement lorsqu'on détermine les grandeurs de commande. Ainsi, il est possible qu'un amortissement in- tense par des résistances de courts-circuits augmente l'énergie d'allumage et se traduise le cas échéant par un nettoyage de la bougie par combustion. Dessins. Des exemples de réalisation de l'invention sont représentés dans les dessins et seront décrits ci-après de manière plus détaillée. Ainsi: - la figure 1 est un schéma de principe d'une installation d'allumage pour la mise en oeuvre du procédé, - la figure 2 montre la tension du primaire et du secondaire dans une installation d'allumage pour une ré- sistance de court-circuit de 100 MQ, - la figure 3a montre les opérations d'oscil- lations de la tension du primaire et du secondaire dans un système d'allumage comprenant une diode et pour une résis- tance de court-circuit de 1 MC, - la figure 3b montre les opérations d'oscil- lations de la tension du primaire et du secondaire pour un système d'allumage avec une diode et une résistance de court-circuit de 10 Mn, - la. figure 4a montre les opérations d'oscil- lations de la tension du primaire et du secondaire dans une installation d'allumage sans diode pour éviter l'étincelle de branchement, et pour une résistance de court-circuit de 1 Mn, - la figure 4b montre les opérations d'oscil- lations de la tension du primaire et du secondaire dans une installation d'allumage sans diode pour éviter l'étincelle de branchement, avec une résistance de court-circuit de 10 Mn, - la figure 5 montre un premier exemple d'une installation d'exploitation pour définir l'amortissement du signal, - la figure 6 montre un second exemple d'une installation d'exploitation, - la figure 7 montre un troisième exemple d'une installation d'exploitation. Description des exemples de réalisation. La figure 1 montre un schéma de principe d'une installation d'allumage. Une bobine d'allumage 10 se com- pose dans ce cas d'un enroulement primaire 11 et d'un en- roulement secondaire 12. L'enroulement primaire 11 est relié d'une part à la tension d'alimentation UB par exemple d'une batterie non représentée d'un moteur à combustion in- terne. L'autre extrémité du primaire 11 est reliée à la masse par un étage d'allumage 13. Les capteurs non repré- sentés d'un moteur à combustion interne saisissent les pa- ramètres de fonctionnement tels que la vitesse de rotation (n), l'angle du vilebrequin (KW), la température (T). Les signaux fournis par les capteurs sont appliqués comme gran- deurs d'entrée 15 à l'unité de commande 14. Cette unité de commande 14 (ou central de commande) définit les différen- tes grandeurs de commande à partir des paramètres de fonc- tionnement obtenus et des champs de caractéristiques mis en mémoire. On obtient ainsi le temps de fermeture et l'instant d'allumage pour l'installation d'allumage et ces informations sont fournies comme signal de sortie à l'entrée de commande de l'étage d'allumage 13. Du côté du primaire il y a également des moyens permettant de détecter la tension du secondaire transformée vers le primaire. Des circuits de détection de la tension du primaire sont déjà décrits par exemple dans le document US-A-4 918 389 et ne seront pas explicités ici en détail. En principe, il est toutefois possible de dé- tecter la tension du secondaire transformée du côté pri- maire soit à partir de la chute de tension UL aux bornes de l'enroulement du primaire 11 avec des moyens Ml, ou encore de détecter la chute de tension entre la sortie de l'enroulement du primaire et la masse, c'est-à-dire par l'étage de sortie 13 U12 en utilisant les moyens M2. Les signaux de sortie de ces moyens Ml, M2 pour obtenir la ten- sion du secondaire transformée du côté primaire sont appli- qués à une installation d'exploitation 16; selon la figure 1, cette installation est intégrée à l'unité de commande 14. Cette installation d'exploitation 16 peut également être séparée et dans ce cas, le signal de sortie de cette installation 16 est appliqué à l'unité de commande 14. La bobine de secondaire 12 de la bobine d'allumage 10 est re- liée à une bougie d'allumage 17 donnant une étincelle de claquage lorsqu'une haute tension est appliquée à la bou- gie. Entre une extrémité du secondaire 12 de la bo- bine d'allumage 10 et la bougie 17, on a prévu une diode 18 supprimant l'étincelle au moment de la fermeture du contact (étincelle de branchement). Cette diode 18 peut toutefois être supprimée. Du côté du secondaire, les composants équi- valents, à savoir un condensateur 19 représentant la capa- cité du secondaire de la bobine d'allumage, un condensateur représentant la capacité du secondaire en dehors de la bobine d'allumage par exemple la capacité de la ligne de l'équipement d'allumage ainsi qu'une résistance 21 corres- pondant à la résistance de court-circuit. Ces inductances, condensateurs et résistances du schéma équivalent consti- tuent un circuit oscillant; l'amortissement de ce circuit oscillant dépend de l'importance de la résistance de court- circuit 21, car cette résistance de court-circuit est l'unique grandeur qui change pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne, par exemple du fait de la com- bustion des électrodes et de l'encrassage. La figure 2 montre la tension du primaire et celle du secondaire dans l'installation d'allumage de la figure 2 comprenant une diode 18 pour supprimer l'étincelle de branchement. A un instant non représenté ici, un courant de charge commence à passer dans le primaire 11 de la bo- bine d'allumage 10; à l'instant t1 qui est par exemple l'instant d'allumage calculé, on coupe ce courant. Cela in- duit une haute tension dans le secondaire. Cette haute ten- sion se traduit par les étincelles de claquage sur la bougie 17 et ces étincelles se poursuivent jusqu'à l'instant t2 représentant la fin des étincelles pour une forme caractéristique de la tension de combustion. La courbe 22 représente la tension U2(t) du secondaire. La courbe 23 représente la tension transformée du côté pri- maire; cette tension est par exemple détectée par le moyen de détection M2 qui fournit le signal à l'installation d'exploitation 16. Dans le cas du circuit de la figure 1 comportant une diode 18 supprimant l'étincelle de branche- ment, lorsque la tension du secondaire chute, le secondaire est coupé par la diode. La capacité résiduelle 20 du secon- daire ne peut plus être déchargée que par le courant ioni- que négligeable et par le courant dans la résistance de court-circuit 21. Une constante de temps caractéristique est égale à X = 4,lms. La courbe 23 montre la tension du secondaire transformée vers le côté primaire et ainsi le comportement du circuit oscillant résiduel. Les courbes de tension de la figure 2 correspondent à la forme idéale pré- visible au cas o la résistance de court-circuit RN est né- gligeable. Lorsque la résistance de court-circuit sur la bougie 17 change, cela modifie le comportement oscillant et amorti du secondaire. L'exploitation du comportement os- cillant à la fin des étincelles, c'est-à-dire après l'instant t2 permet de connaître l'état du secondaire. Ain- si, une résistance de court-circuit par exemple possible peut être contrée par un relèvement de la tension d'allumage dans le cycle d'allumage suivant sans que l'on arrive tout d'abord à un raté d'allumage. L'exploitation des caractéristiques électriques permet ainsi une interven- tion très rapide dans le fonctionnement de l'installation d'allumage. Les figures 3a, 3b montrent les courbes de ten- sion d'un circuit d'allumage du côté du secondaire (U2(t)) et du côté primaire (U12(t)) comprenant une diode pour sup- primer l'étincelle de branchement et présentant une résis- tance de court-circuit; pour les courbes de tension de la figure 3a cette résistance de court-circuit est égale à 1 Mn; pour les courbes de la figure 3b cette résistance est égale à 10 Mn. Les courbes 24a, 24b représentent la ten- sion du secondaire. Il apparaît que lorsque le circuit se- condaire présente une résistance de court-circuit, l'amortissement a une constante de temps X beaucoup plus petite. Selon la figure 3a, la constante de temps est x=O,O6ms; dans le cas de la figure 3b on a T=0,45ms. Les courbes 25a, 25b correspondent à la tension du secondaire transformée du côté primaire, après la fin t2 des étincel- les. Après la décharge de la capacité de l'équipement d'allumage par la petite résistance de court-circuit, lors- que les pointes de tension induites dans le secondaire sont plus grandes que la tension résiduelle, la diode est con- ductrice et prend l'énergie du circuit oscillant. Cela ap- paraît par un amortissement croissant des pointes d'oscillation de la courbe 25a du primaire. Pour une résis- tance de court-circuit de 10 Mf, la tension du primaire présente en plus de la première pointe de tension, quatre autres pointes de tension maximum. Lorsque la résistance de court-circuit est réduite à 1 MQ comme à la figure 3a, il n'y a qu'un autre maximum de tension fortement amorti. Plus la résistance de court-circuit est grande et plus fort sera le comportement oscillant. Les figures 4a, 4b montrent également les cour- bes de tension dans l'installation d'allumage de la figure 1, toutefois sans la diode 18 de suppression de l'étincelle de branchement; pour les mesures faites selon la figure 4a, la résistance de court- circuit était de 1 MQ; pour les mesures faites selon la figure 4b, cette résistance de court-circuit était égale à 10 Mn. Dans le circuit de la figure 1, lorsqu'il n'y a pas de suppression de l'étincelle de branchement, il n'y a pas coupure du circuit secondaire en dehors de la bobine d'allumage. Pour une résistance de court-circuit de 10 MQ comme cela apparaît à la figure 4b, les oscillations de la tension primaire et de la tension secondaire sont analogues. La courbe 26b de la figure 4b montre la courbe de la tension secondaire (U2(t)) pour une résistance de court-circuit de 10 MQ; la courbe 27b mon- tre la courbe de tension (U12t)) transformée du côté pri- maire. La figure 4a montre les courbes de mesures 26a et 27a pour une résistance de court-circuit de 1 MQ; il ap- paraît que les deux tensions s'amortissent simultanément. La théorie de l'exploitation de la tension se- condaire détectée du côté primaire après la fin des étin- celles t2 correspond à ce qui suit: Un modèle de la courbe de la tension primaire est le suivant: -t Ulx(t)=lx.e ïs. cos (t) Ip = Constante de temps = Fréquence propre ulx= Synonyme de ull ou u12 Cette formule s'exprime comme suit après trans- formation de Hilbert: - t -joet ûlx(t)= lx e tp. e ûUlx (t) = Signal analytique de tension. La caractéristique de l'amortissement est ainsi la grandeur c. Différents procédés utilisant une modélisa- tion sont possibles pour une définition précise de x. Une autre caractéristique pour l'influence de la résistance de courtcircuit se définit comme le rapport entre la seconde et la première pointe de tension positive, c'est-à-dire: -2 qi =71 ql- x u = première/seconde pointe de tension posi- tive de Ulx. Comme cela a été décrit ci-dessus, pour de très faibles résistances de court-circuit, on peut arriver à des transformations de structure au niveau du secondaire si bien que la décharge oscillante de la bobine d'allumage se transforme en une oscillation apériodique (voir la courbe U2(t) à la figure 2). Le second maximum de la tension du primaire disparaît dans ce cas. Une alternative consiste à former la valeur maximale u lx à une distance fixe du pre- mier maximum. Cette distance fixe Tp est la durée de la pé- riode de l'oscillation; elle est donnée par la formule suivante: u&(t=tmax+Tp) c Ulx(tmax) b tmax = Instant du premier maximum Tp = Période La figure 5 donne une forme possible du circuit d'exploitation 16. Ce circuit d'exploitation 16 reçoit le signal de tension primaire Ull ou U12 fourni par les moyens M1 ou M2. En même temps, ce signal est appliqué à une ins- tallation 30 qui définit l'instant de la fin des étincelles t2 et transmet un signal de déclenchement correspondant à l'installation d'exploitation 16. L'installation d'exploi- tation 16 ouvre une fenêtre de temps par l'installation 31; dans cette fenêtre l'installation 32 définit l'amortissement des signaux Ull ou U12. Une mesure de l'amortissement est la valeur X qui est appliquée à un ad- ditionneur 33 de même qu'une valeur de référence, constante dépendante du champ de caractéristiques ou dépendante du temps; cette valeur de référence est par exemple définie dans l'application et est enregistrée dans la mémoire 40. La valeur de référence constante, dépendante du champ de caractéristiques est une valeur négative, si bien que le comparateur 34 forme la différence de ces deux valeurs puis forme un signal de correction pour l'unité de commande 14. La figure 6 montre une seconde variante de réa- lisation de l'installation d'exploitation 16. Cette instal- lation d'exploitation 16 reçoit un signal primaire Ul, ou U12 fourni par les moyens Mi ou M2. En même temps, ce si- gnal est appliqué à l'installation 30 qui définit la fin t2 des étincelles et transmet un signal de déclenchement cor- respondant à l'installation d'exploitation 16. L'installa- tion d'exploitation 16, génère une première fenêtre de temps à l'aide de l'installation 31; dans cette première fenêtre, l'installation 35 forme une première valeur maxi- male. Dans l'installation d'exploitation 16, à l'aide de l'installation 31, on génère une seconde fenêtre de temps dans laquelle l'installation 36 forme une seconde valeur maximale de signal. L'installation 37 divise les valeurs maximales et calcule une valeur qui est une mesure de l'amortissement. Cette valeur est comparée à une valeur de référence, constante, dépendante du champ de caractéristi- ques ou du temps, dans la mémoire 40 et dans le comparateur 39 on définit un signal de correction pour l'unité de com- mande 14. La figure 7 montre une troisième variante de réalisation de l'installation d'exploitation 16 sous la forme d'un système numérique par exemple d'un processeur de signal. L'installation d'exploitation 16 reçoit comme aux figures 5 et 6, un signal de tension primaire fourni par les moyens M1 ou M2 toutefois après filtrage par un filtre passe-bas 41 et conversion analogique/numérique par un con- vertisseur A/D 40. Le signal numérisé est appliqué à une installation 30 qui définit la fin des étincelles et ouvre une fenêtre de temps correspondant à la fin des étincelles. Pendant que la fenêtre de temps est ouverte, le signal nu- il mérisé est enregistré dans une mémoire 43. L'installation 44 définit une mesure de l'amortissement des signaux Ull ou U12 à partir du signal numérisé, mis en mémoire. Cette va- leur est comparée à une valeur de référence, constante dé- pendante du temps ou du champ de caractéristiques pour donner un signal de correction destiné à l'unité de com- mande 14. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Installation d'allumage pour un moteur à combustion in- terne, comprenant une unité de commande définissant des grandeurs de commande à partir de paramètres de fonctionne- ment du moteur à combustion interne détectés par des cap- teurs, au moins un moyen pour détecter la tension du secondaire transformée du côté primaire d'une bobine d'allumage ainsi qu'une installation d'exploitation qui re- çoit la tension primaire fournie par au moins un moyen, caractérisée en ce que l'installation d'exploitation (16) saisit l'amortissement de la tension secondaire après la fin des étincelles comme mesure du fonctionnement de l'installation d'allumage. 2 ) Installation d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'amortissement est une mesure de la résistance de court- circuit du côté secondaire. 30) Installation d'allumage selon l'une quelconque des re- vendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le résultat de l'installation d'exploitation (16) est ap- pliqué à l'unité de commande (14) pour fixer la grandeur de commande destinée au cycle d'allumage suivant. 4 ) Installation d'allumage selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que l'exploitation de la tension secondaire se fait dans une fenêtre de mesure activée à la fin des étincelles. ) Installation d'allumage selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que la mesure de l'amortissement est le quotient de la première valeur maximale (ûl) et de la seconde valeur maximale (û2) de la tension secondaire après la fin des étincelles.