Brevet FR2745856A1 — publié le 19970912

DESCRIPTION La présente invention concerne un procéde de régulation de l'énergie minimale d'allumage, qui est apportée à un moteur à combustion interne à allumage commandé par un système d'allumage pourvu de moyens d'allumage, notamment de bougies d'allumage, au moyen d'une variable à mesurer caractéristique des effets de l'allumage sur la combustion dans le moteur à combustion interne. L'usure d'une bougie d'allumage, qui est produite par des dépôts érosifs de matériau sur les électrodes, est principalement déterminée, pour les températures d'électrode qui sont prédefinies par le point de fonctionnement du moteur, par l'énergie électrique apportée à la bougie. Etant donné que l'énergie minimale d'allumage qui est chaque fois nécessaire dans la chambre de combustion pour l'inflammation d'un mélange de carburant et d'air est fortement dépendante du point de fonctionnement du moteur, on peut envisager une commande de l'énergie d'allumage en fonction du point de fonctionnement. On a proposé à cet effet, pour une installation d'allumage à courant alternatif, une commande du diagramme caractéristique en fonction du régime du moteur et de la charge du moteur, les valeurs pour le courant de décharge d'étincelle et la durée de décharge d'étincelle pouvant être séparément réglées (document DE 43 28 524). Avec un tel procédé, I'énergie d'allumage doit être commandée de façon à conserver, dans toutes les conditions de fonctionnement, une distance suffisante de sécurité par rapport à une limite d'allumage pour laquelle le conducteur d'un véhicule ne constate pas encore de dégradation du comportement de conduite. Afin d'éviter cette distance de sécurité, qui provient, par exemple, de l'usure des électrodes, de dépôts sur la bougie d'allumage ou de modifications des conditions d'environnement, on peut envisager de réguler la distance de sécurité avec une variable à mesurer caractéristique de la qualité de l'allumage. Une première indication sur un tel procédé est fournie par le document DE-A 42 18 404, dans lequel on propose, pour le diagnostic d'un moteur en fonctionnement permanent, de mesurer son irrégularité de fonctionnement et, en cas de dépassement d'une valeur de seuil par suite de l'usure de la bougie d'allumage, de régler, lors de la mise en service ou à la suite d'un entretien du moteur, I'énergie de l'installation d'allumage de façon que le moteur ait un fonctionnement régulier. Mais cette proposition ne tient pas compte du fait que d'autres paramètres, tels que des conditions d'environnement fluctuantes, influencent également une telle variable à mesurer. De plus, on propose pour la mesure de l'irrégularité de fonctionnement des variables, telles que les modifications de la vitesse angulaire sur le vilebrequin ou les fluctuations de température dans la chambre de combustion du moteur, qui ne sont qu'indirectement en relation avec l'allumage ou encore l'inflammation du mélange dans la chambre de combustion du moteur. Par ailleurs, on a proposé (document DE-A 41 14 087), pour une installation d'allumage multiple, de surveiller le processus individuel d'allumage avec un capteur supplémentaire (capteur de pression, capteur de vibration), et de limiter chaque fois, pour le cycle individuel mesuré, I'énergie d'allumage à une valeur nécessaire. De même que dans le cas d'une proposition plus approfondie concernant un allumage à courant alternatif (document DE-A 42 37 271), on a ici besoin, en plus d'un ou plusieurs capteurs complexes, d'un procédé d'allumage coûteux qui permette à l'énergie apportée de pouvoir encore être coupée pendant le processus individuel d'allumage, c'est-à-dire en un temps extrêmement bref. De plus, il est supposé qu'il est possible d'obtenir, avant le déroulement d'un processus d'allumage, des informations qualifiées sur la qualité de ce processus. Mais l'expérience montre que cela n'est possible que de façon très insatisfaisante. La présente invention a pour but de fournir une régulation améliorée de l'énergie d'allumage, en vue d'éviter l'usure des bougies d'allumage, au moyen de variables qui puissent être mesurées sans utiliser des capteurs supplémentaires dans la bobine d'allumage et qui fournissent des informations améliorées sur le processus d'allumage. Ce but est atteint par le fait qu'on utilise comme variable caractéristique à mesurer une variable qui est mesurée dans le système d'allumage (circuit primaire ou secondaire) et, à l'aide de cette variable, on détermine l'uniformité de l'inflammation du mélange, et/ou aussi l'éventuelle non inflammation du mélange s'effectue en cas d'énergie d'allumage -3 insuffisante. L'invention propose un procédé de régulation, avec des dispositifs correspondants, selon lequel on utilise des variables électriques qui peuvent être mesurées d'une manière simple sur le côté primaire ou secondaire de l'installation d'allumage, les dispersions statistiques de cette variable, notamment sous la forme des différences de caractéristiques lors de cycles de travail successifs, étant utilisées pour la régulation. Ainsi, selon des caractéristiques supplémentaires de l'invention, on utilise, pour déterminer l'uniformité de l'inflammation du mélange, une variable électrique mesurée lors de cycles successifs d'un cylindre du moteur à combustion interne, ou encore on utilise la différence de mesures successives de la variable électrique, ou encore on utilise la différence relative de mesures successives de la variable électrique, ou encore on utilise le montant de la différence relative de mesures successives de la variable électrique. Selon une configuration supplémentaire particulièrement avantageuse, I'unité de régulation est intégrée dans la bobine d'allumage, ou dans un module d'allumage regroupant les bobines d'allumage pour plusieurs cylindres. La régulation de l'énergie d'allumage s'effectue dans la plage d'états de fonctionnement permanents ou quasi permanents. En cas de modifications rapides, on passe à une valeur maximale commandée de l'énergie d'allumage, caractéristique du point actuel de fonctionnement. Selon des caractéristiques supplémentaires de l'invention: on utilise comme variable électrique à mesurer la variation dans le temps de la tension de décharge, mesurée sur le côté primaire du système d'allumage, notamment de la bobine d'allumage; on peut alors utiliser comme variable réglée le montant de la différence relative de valeurs successives de la durée de décharge, mesurée sur le côté primaire. Ou encore on utilise comme variable à mesurer la variation dans le temps du courant ionique, mesurée sur le côté secondaire du système d'allumage, notamment de la bobine d'allumage; on peut alors utiliser comme variable réglée le montant des fluctuations relatives des valeurs maximales du courant ionique, ou encore le montant des fluctuations relatives de la position dans le temps de la valeur maximale du courant ionique. Ou encore on utilise comme variable réglée la variation dans le temps d'une tension électrique et/ou de sesfluctuations, mesurée par prélèvement capacitif ou inductif de haute tension sur le côté secondaire du système d'allumage, ou encore le montant des fluctuations relatives de la durée de la tension. On utilise un régulateur intégral pour la régulation de l'énergie d'allumage. La valeur de consigne pour la régulation est modifiée en fonction de paramètres du moteur à combustion interne, tels que le régime et/ou la charge. La charge du moteur et/ou le régime du moteur sont déterminés d'après une variable électrique mesurée sur le côté primaire ou secondaire du système d'allumage. Les composants suivants, unité de mesure, interprétation des signaux, régulation de l'énergie d'allumage et commande de puissance, sont intégrés dans une bobine d'allumage ou un module d'allumage du système d'allumage. L'énergie d'allumage est régulée au moyen d'une intervention par modification de la hauteur et/ou de la durée du courant primaire et/ou de la tension primaire. L'énergie d'allumage est, pour une installation d'allumage à courant alternatif, régulée en modifiant le nombre de périodes. L'énergie d'allumage est régulée en modifiant le nombre de ruptures d'étincelle pour un allumage multiple, par exemple pour un allumage à condensateurs à haute tension. L'énergie d'allumage est régulée par un dispositif de commutation à haute tension dans le circuit secondaire du système d'allumage, notamment de la bobine d'allumage. L'exposé qui suit décrit plus en détail des exemples de réalisation de l'invention qui sont schématiquement représentés sur les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est un schéma-blocs pour la régulation de l'énergie d'allumage au moyen d'une unité centrale de commande d'allumage, la figure 2 est un schéma-blocs pour la régulation de l'énergie d'allumage au moyen d'une unité de régulation intégrée dans une bobine d'allumage ou dans un module d'allumage, la figure 3 représente schématiquement la variation dans le temps de la tension de décharge Ub, mesurée sur le côté primaire d'une bobine d'allumage, et la détermination des fluctuations de la durée de décharge, la figure 4 représente schématiquement la variation dans le temps du courant ionique 1, et la détermination des fluctuations des valeurs maximales et de la position, en angle de vilebrequin, des valeurs maximales, et la figure 5 représente schématiquement la variation dans le temps de la tension Us, mesurée par prélèvement capacitif de haute tension sur le côté secondaire de la bobine d'allumage, et la détermination des fluctuations de la durée de la tension. La figure 1 représente le schéma-blocs pour la régulation de l'énergie d'allumage au moyen d'une unité centrale 1 de commande d'allumage, dans laquelle on établit, à partir des données mesurées 2 du moteur, I'angle de came ZW et une valeur de pilotage pour l'énergie d'allumage Eo, et on définit une valeur E d'énergie d'allumage à l'aide d'une régulation reliée en aval. A partir de ces valeurs, on détermine, dans la commande de puissance 3, I'énergie d'allumage pour une bobine d'allumage individuelle 4 ou encore pour les bobines individuelles d'un module d'allumage, et on la transmet à cette ou ces bobines. L'enregistrement des variables à mesurer s'effectue sur le côté primaire 5 ou le côté secondaire 6 des bobines d'allumage. L'interprétation des signaux de mesure est accomplie dans un dispositif 7 d'interprétation de signaux, et les signaux ainsi obtenus sont ensuite utilisés pour la régulation de l'énergie d'allumage dans l'unité 1 de commande d'allumage. La séparation entre l'unité de commande d'allumage et le module d'allumage est indiquée par la ligne 8 en pointillés. La figure 2 représente, en s'inspirant fortement de la figure 1, un agencement selon lequel la régulation 9 de l'énergie d'allumage est intégrée dans le module d'allumage et est, de préférence, logée dans un boîtier de commande commun 10 (indiqué par une ligne en pointillés) avec la commande de puissance et l'interprétation des signaux. Comme on peut facilement le montrer, une régulation de l'énergie d'allumage selon la figure 2, qui s'appuie uniquement sur des variables électriques mesurées dans le circuit primaire ou secondaire de l'installation d'allumage et les écarts entre leurs signaux (comme mesure du régime du moteur), n'apporte, avec des coûts inférieurs et une sensibilité aux perturbations particulièrement moindre, que des inconvénients fonctionnels insignifiants par rapport à une régulation selon la figure 1, dans laquelle on peut utiliser pour la régulation une valeur de consigne dépendant de grandeurs de commande du moteur les plus diverses. La raison principale en est que les caractéristiques d'usure des électrodes des bougies d'allumage sont, avec une énergie d'allumage minimale régulée, déterminées pratiquement exclusivement par les températures des électrodes. Il suffit donc de réguler seulement l'énergie d'allumage pour les températures moyennes et hautes des électrodes, c'est-à-dire pour les charges et régimes du moteur moyens et hauts. L'expérience montre qu'on peut utiliser pour une telle régulation une valeur de consigne fixe, ou tout au plus dépendant encore du régime du moteur. Cela permet d'intégrer la régulation dans un module d'allumage. Pour de faibles charges et régimes du moteur, I'expérience montre qu'on obtient des fluctuations particulièrement importantes des variables mesurées utilisées et donc automatiquement des valeurs réelles pour la régulation, qui sont toujours plus grandes qu'une valeur de consigne valable pour la plage des charges et régimes du moteur moyens et hauts, de sorte qu'on règle toujours ici, pour la régulation, une énergie d'allumage relativement grande, conformément à la valeur de pilotage. Les figures 3 à 5 représentent schématiquement la variation dans le temps de trois variables électriques mesurées dans la bobine d'allumage ou encore dans le module d'allumage, variables dont les fluctuations dans le temps constituent une mesure de la qualité de l'inflammation et donc de l'allumage. Dans tous les cas, on présume qu'une durée d'étincelle d'allumage dépendant uniquement du régime du moteur (valeur de pilotage) est modifiée vers des valeurs inférieures jusqu'à ce que la variable réglée atteigne sa valeur de consigne. Le régime du moteur est ici chaque fois déterminé d'après les écarts entre les signaux qui sont obtenus lors de la mesure sur un cylindre du moteur (écart d'angle de vilebrequin de 720 degrés). La régulation est effectuée, soit sélectivement pour chaque cylindre, soit en fonction du signal du cylindre avec la fluctuation maximale de la variable mesurée. Comme première variable caractéristique de la qualité de I'inflammation, on utilise les fluctuations dans le temps de la durée de décharge, mesurée sur le côté primaire. La figure 3 représente la variation de la tension de décharge Ub, à partir de laquelle on détermine la durée de décharge en utilisant une tension de comparateur Ukomp. Lors de la régulation, on compare de préférence, à une valeur de consigne prédefinie Rsoll, la valeur réelle actuelle pour le montant de la différence relative de valeurs successives de la durée de décharge tb, c'est-à-dire la valeur de l'expression suivante: Rist = / (tbo - tb.1.) / tb. / Comme autre variable mesurée avantageuse, on se sert de la variation dans le temps du courant ionique, qui peut être mesurée avec une faible dépense supplémentaire sur le côté secondaire de la bobine d'allumage (figure 4). En analogie au cas de la figure 3, on utilise ici comme variable réglée le montant des fluctuations relatives des valeurs maximales du courant ionique H. mesuré à la suite de l'entrée en action de l'allumage, c'est-à-dire qu'on a pour la valeur réelle de la variable réglée: Rist = / (H. - H.. 1) / Hn / L'expérience montre qu'on peut aussi utiliser, comme variable réglée supplémentaire, le montant des fluctuations relatives dans le temps de la position des valeurs maximales. Cette dernière est judicieusement déterminée par une mesure de temps et, afin de former une grandeur relative pour les fluctuations, la différence entre deux instants t. et t._1 selon la figure 4 est " normalisée " sur le temps de parcours pour deux révolutions T d'angle de vilebrequin de 720 degrés. On a: Rist = / (t. - to.) / T 720 degrés/ En utilisant un prélèvement capacitif ou inductif de haute tension, on peut obtenir une variation dans le temps Us(t) de la tension sur le côté secondaire d'une bobine d'allumage, qui convient également pour la régulation de l'énergie d'allumage (figure 5). Le signal de mesure est ici similaire à la variation de la tension de décharge mesurée sur le côté primaire (figure 3). En conséquence, on peut envisager d'utiliser ici aussi pour la régulation le montant des fluctuations relatives de la durée de la tension, c'est-à-dire qu'on a, pour la valeur réelle de la variable réglée dans le contexte de la figure 5: Rist = / (ts. - ts.,1) ts. / L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation, mais peut connaitre de multiples variations dans le cadre de la divulgation. Toutes les nouvelles caractéristiques individuelles et combinaisons de caractéristiques qui sont divulguées dans la description et/ou sur les dessins sont considérées comme essentielles à l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé de régulation de l'énergie minimale d'allumage, qui est apportée à un moteur à combustion interne à allumage commandé par un système d'allumage pourvu de moyens d'allumage, notamment de bougies d'allumage, au moyen d'une variable à mesurer caractéristique des effets de l'allumage sur la combustion dans le moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'on utilise comme variable caractéristique à mesurer une variable qui est mesurée dans le système d'allumage (circuit primaire 5 ou secondaire 6) et, à l'aide de cette variable, on détermine l'uniformité de l'inflammation du mélange, et/ou aussi l'éventuelle non inflammation du mélange s'effectue en cas d'énergie d'allumage insuffisante. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise, pour déterminer l'uniformité de l'inflammation du mélange, une variable électrique mesurée lors de cycles successifs d'un cylindre du moteur à combustion interne. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise la différence de mesures successives de la variable électrique. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise la différence relative de mesures successives de la variable électrique. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on utilise le montant de la différence relative de mesures successives de la variable électrique. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la régulation de l'énergie d'allumage est effectuée au moyen d'une unité de régulation intégrée dans la bobine d'allumage (4) ou dans un module d'allumage. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on utilise comme variable électrique à mesurer la variation dans le temps de la tension de décharge (Ub), mesurée sur le côté primaire (5) du système d'allumage, notamment de la bobine d'allumage. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on utilise comme variable réglée le montant de la différence relative de valeurs successives de la durée de décharge, mesurée sur le côté primaire (5). 9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on utilise comme variable à mesurer la variation dans le temps du courant ionique (Hn), mesurée sur le côté secondaire (6) du système d'allumage, notamment de la bobine d'allumage. 10.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on utilise comme variable réglée le montant des fluctuations relatives des valeurs maximales du courant ionique (H.). 11.- Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'on utilise comme variable réglée le montant des fluctuations relatives de la position dans le temps de la valeur maximale du courant ionique (H,). 12.-Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'on utilise comme variable réglée la variation dans le temps d'une tension électrique et/ou de ses fluctuations, mesurée par prélèvement capacitif ou inductif de haute tension sur le côté secondaire (6) du système d'allumage. 13.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'on utilise comme variable réglée le montant des fluctuations relatives de la durée de la tension. 14.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'on utilise un régulateur intégral pour la régulation de I'énergie d'allumage. 15.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la valeur de consigne pour la régulation est modifiée en fonction de paramètres du moteur à combustion interne, tels que le régime et/ou la charge. 16.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la charge du moteur et/ou le régime du moteur sont déterminés d'après une variable électrique mesurée sur le côté primaire ou secondaire (5 ou 6) du système d'allumage. 17.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'en cas de modifications rapides de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne, notamment en cas de modifications rapides de la charge du moteur et/ou du régime du moteur, on passe d'une régulation à une commande de l'énergie d'allumage. 18.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que les composants suivants, unité de mesure, interprétation des signaux (7), régulation de l'énergie d'allumage et commande de puissance (3), sont intégrés dans une bobine d'allumage (4) ou un module d'allumage du système d'allumage 19.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que l'énergie d'allumage est régulée au moyen d'une intervention par modification de la hauteur et/ou de la durée du courant primaire et/ou de la tension primaire. 20.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que l'énergie d'allumage est, pour une installation d'allumage à courant alternatif, régulée en modifiant le nombre de périodes. 21.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que l'énergie d'allumage est régulée en modifiant le nombre de ruptures d'étincelle pour un allumage multiple, par exemple pour un allumage à condensateurs à haute tension. 22.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que l'énergie d'allumage est régulée par un dispositif de commutation à haute tension dans le circuit secondaire (6) du système d'allumage, notamment de la bobine d'allumage (4).