Brevet FR2765624A1 — publié le 19990108

i La présente invention concerne un dispositif de dé- termination de la phase de fonctionnement d'un moteur à com- bustion interne. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un tel dispositif qui permet de déterminer la phase de fonc- tionnement d'un moteur à combustion interne à allumage si- multané par paire de cylindres, notamment pour véhicule au- tomobile. On connait déjà dans l'état de la technique, des dispositifs de ce type, dans lesquels des bougies associées aux cylindres de chaque paire sont raccordées aux extrémités d'un bobinage secondaire d'une bobine d'allumage dont le bo- binage primaire est raccordé à un calculateur de contrôle du fonctionnement du moteur, à travers un étage de puissance. Le bobinage secondaire de cette bobine d'allumage est par exemple un bobinage à point milieu et le bobinage primaire de celle-ci reçoit un signal de commande d'allumage de l'étage de puissance. Ces dispositifs sont utilisés pour optimiser le con- trôle de l'injection de carburant et de l'avance à l'allu- mage dans les moteurs à combustion interne et à allumage commandé. A cet effet, il est nécessaire de connaître non seu- lement la position angulaire du vilebrequin du moteur, mais également la phase de travail de celui-ci et plus particu- lièrement celle de chacun des cylindres de celui-ci. Le document FR-A-2 732 723 au nom des Demanderesses décrit un tel dispositif. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de ce type qui présente une structure simple et fiable. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de détermination de la phase de fonctionnement d'un moteur à combustion interne à allumage simultané par paire de cylin- dres notamment pour véhicule automobile, dans lequel des bougies associées aux cylindres de chaque paire sont raccor- dées aux extrémités d'un bobinage secondaire d'une bobine d'allumage dont le bobinage primaire reçoit un signal de commande d'allumage de moyens de commande pilotés par un calculateur de contrôle de fonctionnement du moteur, carac- térisé en ce qu'il comporte des moyens de détermination de la valeur moyenne arithmétique des deux tensions de sortie du bobinage secondaire pour délivrer un signal binaire com- portant des créneaux représentatifs du signe de cette moyenne, des moyens de mesure du temps s'écoulant entre l'instant de commande de la bobine par les moyens de com- mande et l'instant de changement d'état du signal binaire pour au moins deux commandes successives de la bobine et des moyens d'analyse de ces temps pour déterminer la phase de fonctionnement du moteur. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la des- cription qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig.1 représente un schéma synoptique d'une partie d'un dispositif de détermination de phase selon l'in- vention; - les Figs.2 et 3 illustrent le fonctionnement d'un système d'allumage simultané par paire de cylindres d'un mo- teur de véhicule automobile; - la Fig.4 représente un schéma synoptique d'une au- tre partie d'un dispositif de détermination de phase selon l'invention; la Fig.5 représente des chronogrammes illustrant des signaux présents dans cette partie du dispositif; - la Fig.6 représente un organigramme illustrant le fonctionnement d'un tel dispositif de détermination de phase; et - les Figs.7 à 11 illustrent différents exemples de détermination de phase grâce à un dispositif selon l'inven- tion. On reconnaît en effet sur la figure 1, un système d'allumage simultané par paires de cylindres notamment pour un moteur de véhicule automobile. D'une façon générale, dans un tel moteur à allumage simultané par paires de cylindres, des bougies associées aux cylindres de chaque paire, sont raccordées aux extrémités d'un bobinage secondaire d'une bobine d'allumage, dont le bobinage primaire est relié à des moyens de commande pilotés par un calculateur de contrôle du fonctionnement du moteur. Sur cette figure 1, la bobine d'allumage est dési- gnée par la référence générale 1, tandis que le bobinage primaire de celle-ci est désigné par la référence générale 2. L'une des bornes d'extrémité de ce bobinage primaire 2 est reliée par exemple à la borne positive +bat de la bat- terie d'alimentation du véhicule, tandis que l'autre borne d'extrémité de celui-ci est reliée à des moyens de commande de puissance désignés par la référence générale 3 sur cette figure, comprenant par exemple un transistor de puissance piloté par un calculateur 4 de contrôle du fonctionnement du moteur. Le bobinage secondaire de la bobine d'allumage est quant à lui désigné par la référence générale 5 et chacune de ses extrémités est reliée à une borne d'une bougie, dési- gnées par les références générales 6 et 7, correspondant respectivement au cylindre n'1 et au cylindre n'4 du moteur, associés dans la paire. Les autres bornes de ces bougies 6 et 7 sont reliées ensemble à la masse. On conçoit alors que le calculateur 4 de contrôle du fonctionnement du moteur permet par pilotage des moyens de commande de puissance 3 d'appliquer un signal de commande d'allumage Vc aux bougies par l'intermédiaire de la bobine d'allumage 1. Ce fonctionnement est illustré sur les figures 2 et 3, dans lesquelles les références VHT' et VHT4 représentent les tensions aux bornes respectivement des bougies 6 et 7 de la paire correspondante des cylindres n'l et 4 et VP, repré- sente la valeur moyenne arithmétique de ces deux tensions. On peut en effet constater à la lumière de ces figures 2 et 3 que lors de la production de l'allumage, l'un des deux cylindres est en phase de compression, tandis que l'autre est en phase d'échappement. Les pressions dans les chambres de combustion de ces cylindres sont donc différentes et la tension nécessaire pour la génération d'un arc entre les électrodes de ces bou- gies est ainsi beaucoup plus élevée pour le cylindre en phase de compression que pour celui en phase d'échappement. Les tensions VHT1 et VHT4 sont donc de signes opposés et leur moyenne arithmétique VPM est du signe de la tension la plus élevée, en valeur absolue. Dans les exemples représentés sur ces figures 2 et 3, on considère que sur la figure 2, le cylindre n'1 est en phase de compression et que le cylindre n'4 est en phase d'échappement. A partir de l'instant to o la commande de l'allu- mage est provoquée par le calculateur 4 de contrôle du fonc- tionnement du moteur, les tensions secondaires VHT1 et VHT4 du bobinage secondaire de la bobine d'allumage croissent si- multanément et de façon opposée. La tension VpM reste proche de O volt jusqu'au moment o la bougie du cylindre n'4 passe dans un état conducteur. La tension VHT4 aux bornes de cette bougie chute alors brusquement et la tension VPM prend alors une valeur non nulle du signe de la tension VHTl. La tension VPM continue de croître tant que s'élève la tension VT1, jusqu'à l'instant tion d'ionisation de la bougie correspondante. Après établissement de l'arc électrique entre les électrodes de celle-ci, la tension VPM oscille et s'amortie comme cela est illustré sur la figure 2. Au tour suivant du moteur, le cylindre n'4 est en phase de compression et la tension VP prend le signe de la tension VHT4 entre t0 et ton. Le signe de cette tension VPM renseigne donc sur le cylindre en phase de compression. On conçoit alors qu'il est possible d'utiliser cette particularité de fonctionnement pour établir une stratégie permettant d'assurer le repérage du cycle de fonctionnement du moteur associé à la position physique des cylindres, afin de permettre le synchronisme de l'injection dès la mise en action du démarreur du moteur du véhicule. Ce repérage peut s'effectuer par l'acquisition du temps s'écoulant entre la commande de l'allumage et le chan- gement d'état d'un signal Vs issu de la bobine d'allumage, ce signal étant établi par exemple à partir de la valeur moyenne arithmétique des deux tensions du bobinage secon- daire de celle-ci, pour délivrer un signal binaire représen- tatif du signe de cette moyenne. Ce signal binaire Vs comporte alors des créneaux re- présentatifs par exemple d'un signe négatif de cette valeur moyenne. Le signal Vs, après traitement numérique, indique quel est le cylindre en phase de compression dans la paire de cylindres connectée à la bobine commandée. Afin de garantir une bonne robustesse de la straté- gie, au moins deux détections successives peuvent être pré- vues afin de confirmer la décision. Le signal utilisé pour assurer cette détermination de phase, est un signal logique issu de la bobine d'allumage qui peut également être appelé signal de phase. Ce signal est élaboré à partir des tensions des sor- ties de la bobine d'allumage commune aux cylindres n'l et n*4 par exemple, c'est-à-dire à partir des tensions VHT1 et VHT4, par des moyens de type classique de détermination de la valeur moyenne arithmétique de ces deux tensions, ces moyens étant désignés par la référence générale 8 sur la fi- gure 1. La sortie de ces moyens de détermination 8 est re- liée par exemple à des moyens de mise en forme désignés par la référence générale 9 intégrés par exemple dans le calcu- lateur 4 de contrôle du fonctionnement du moteur. Ces moyens de détermination sont utilisés dans l'in- tervalle de temps compris entre to et t,,on et doivent alors fournir sur une sortie, un signal Vs à créneaux présentant un état logique 1 si la tension VPM est négative. Inverse- ment, l'état logique de ce signal sera 0, si la tension VPM est positive. Ceci est illustré sur les figures 4 et 5. On reconnait en effet sur ces figures, le signal de commande Vc de la bobine d'allumage issu des moyens de com- mande de puissance 3 et le signal de sortie Vs des moyens de détection de phase, comprenant les moyens de détermination de la valeur moyenne arithmétique des tensions de sortie du bobinage secondaire de la bobine d'allumage, raccordés aux moyens de mise en forme 9. En fait, l'information de phase est contenue dans la mesure du temps s'écoulant entre l'instant de commande d'al- lumage des cylindres n'1 et n'4 et l'instant de changement d'état du signal de phase. A cet effet, et comme on peut le voir sur la figure 4, la sortie des moyens de mise en forme 9 peut être reliée à un compteur désigné par la référence générale 10, recevant un signal d'horloge CLK et lui-même associé à des moyens de mémorisation désignés par la référence générale 11 et à une unité centrale de traitement d'informations désignée par la référence générale 12, du calculateur 4, elle-même reliée aux moyens de commande de puissance 3 décrits précédemment pour assurer la commande du fonctionnement de la bobine d'allumage et au compteur 10 pour sa réinitialisation. Les temps acquis lors des allumages successifs n-l et n sont notés tn-l et tn sur cette figure 5. Leur ordre de grandeur est de 10 à 40Ds et dans ce cas, la résolution du compteur 10 pour l'acquisition de ces temps doit être inférieure à lps (fréquence du signal d'hor- loge CLK > 1 MHz). Cette mesure ne doit pas être perturbée par l'occu- pation de l'unité centrale 12 à servir à une tâche priori- taire. Pour cela, il est préférable que le compteur 10 soit remis à zéro par le signal de commande d'allumage et que le signal de phase déclenche directement la mémorisation de l'état du compteur. L'objet du traitement du signal est donc de faire correspondre à une commande d'allumage de la bobine corres- pondante, le numéro du cylindre qui est en phase de compres- sion. L'information utilisée est comme cela a été indiqué précédemment, le temps s'écoulant entre l'instant de com- mande d'allumage et l'instant de changement d'état du signal de phase Vs. Cette détection doit être exempte d'erreur et le nombre d'allumages nécessaire doit être minimun afin de ne pas prolonger le temps de démarrage du moteur du véhicule. A cet effet, et comme on peut le voir sur la figure 6, qui représente un organigramme illustrant ce fonctionne- ment, après une phase d'initialisation désignée par la réfé- rence générale 13 sur cette figure, on déclenche en 14 et en 15, l'acquisition du temps correspondant, c'est-à-dire tn-1, tn, etc... Ensuite, en 16, on effectue pour chaque acquisition, un test pour vérifier que le temps acquis, c'est-à-dire tn par exemple, est compris entre des valeurs de seuil minimale et maximale tmin et tmax. Si le temps acquis est en dehors de ces limites, le traitement est abandonné et doit reprendre depuis le début, pour l'acquisition suivante. Par contre, si le temps acquis est bien compris en- tre ces limites, et si l'acquisition est l'acquisition ini- tiale, comme cela est détecté en 17, après la première com- mande d'allumage, le temps tn-1 acquis est comparé à une va- leur calibrée ts, en 18. Selon le résultat de cette comparaison, un signe po- sitif ou négatif est mémorisé pour être utilisé lors d'un traitement suivant. En effet, si tn-1 est inférieur à cette valeur ts, alors un signe par exemple + est mémorisé dans SGN, tandis que si tn-1 est supérieur ou égal à cette valeur ts, un si- gne par exemple - est mémorisé dans SGN. Ces étapes sont illustrées sur cette figure 6 par les références 19 et 20 respectivement. Ces signes indiquent le sens de la transition du tn suivant. L'acquisition est ensuite incrémentée lors de l'étape 21. Lors de l'acquisition du temps correspondant à la seconde commande d'allumage, telle que détectée lors de l'étape 17, la différence signée de temps acquis lors des deux acquisitions successives tn-(tn-1) est multipliée par le signe SGN précédemment mémorisé en 19 ou 20, comme cela est illustré par l'étape 22. Le résultat de cette opération nommé Atn est ensuite comparé à un seuil calibré par exemple positif ts+ qui re- présente l'amplitude de la transition nécessaire pour consi- dérer le test valide, comme cela est illustré par l'étape 23. Le produit par le signe SGN mémorisé permet de vali- der que la transition s'est bien produite dans le sens pré- vu. Si Atn est supérieur à ts+, la phase est déterminée et le prochain point mort haut du moteur sera ainsi connu en fonction de l'ordre d'allumage et de la paire de cylindres sur laquelle on effectue la mesure. Par contre si Atn est inférieur à ts+, la phase est indéterminée et on réitère à partir de l'étape 23, la stratégie, en utilisant la dernière valeur de tn, pour le prochain test. Lors des étapes 24, 25 et 26, on peut déterminer quelle est la phase de fonctionnement du moteur par la dé- termination du prochain point mort haut d'un cylindre, à partir du signe mémorisé SGN. Ces différentes étapes sont mises en oeuvre par exemple par l'unité centrale 12 du calculateur 4 de contrôle du fonctionnement du moteur, qui peut être programmée à cet effet. Différents cas de fonctionnement de ce système sont illustrés sur les figures 7,8,9,10 et 11. Les figures 7 et 8 illustrent un bon fonctionnement du système qui permet de déterminer que le prochain point mort haut sera celui correspondant au cylindre n'2 sur la figure 7 et au cylindre n'3 sur la figure 8. Les figures 9 et 10 illustrent quant à elles le cas d'un mauvais fonctionnement du système dû à une mauvaise ca- libration. Enfin, la figure 11 illustre le cas d'une réitéra- tion du traitement. On conçoit alors que le dispositif de détermination selon l'invention présente une structure extrêmement simple et fiable qui permet de déterminer de manière précise la phase de fonctionnement d'un moteur de véhicule automobile. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détermination de la phase de fonc- tionnement d'un moteur à combustion interne à allumage si- multané par paire de cylindres, notamment pour véhicule au- tomobile, dans lequel des bougies (7,8) associées aux cylin- dres de chaque paire sont raccordées aux extrémités d'un bo- binage secondaire (4) d'une bobine d'allumage (1) dont le bobinage primaire (2) reçoit un signal (Vc) de commande d'allumage de moyens de commande (3) pilotés par un calcula- teur (4) de contrôle de fonctionnement du moteur, caractéri- sé en ce qu'il comporte des moyens (8) de détermination de la valeur moyenne arithmétique des deux tensions de sortie du bobinage secondaire (4) pour délivrer un signal binaire (Vs) comportant des créneaux représentatifs du signe de cette moyenne, des moyens (9,10,11,12) de mesure du temps s'écoulant entre l'instant de commande de la bobine par les moyens de commande et l'instant de changement d'état du si- gnal binaire (Vs) pour au moins deux commandes successives de la bobine et des moyens (12) d'analyse de ces temps pour déterminer la phase de fonctionnement du moteur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'analyse (12) des temps comprennent des moyens pour contrôler que ceuxci sont compris entre des valeurs de seuil minimale et maximale (tmin et tmax), des moyens de comparaison du temps correspondant à la première commande avec une valeur de seuil prédéterminée (ts) pour mémoriser un signe (SGN) en fonction du résultat de cette comparaison, des moyens de calcul d'une valeur différen- tielle (Atn) par soustraction des deux temps (tn-1, tn), ac- quis lors des commandes successives de la bobine, des moyens de multiplication de la valeur différentielle (Atn) par le signe mémorisé (SGN), des moyens de comparaison du résultat de cette multiplication à une valeur de seuil calibrée (ts+), pour valider la détermination de la phase de fonc- tionnement du moteur, en fonction du signe mémorisé (SGN) et de la valeur différentielle (Atn). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signe (SGN) est établi à partir de la relation suivante: si t et en ce que la valeur de seuil calibrée est une valeur po- sitive (ts+). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les moyens de me- sure du temps comprennent un compteur (10) associé à des moyens de mémorisation (11) et recevant en entrée un signal d'horloge (CLK) et le signal de phase (Vs) et sur une borne de remise à zéro, le signal de commande (Vc) à partir d'une unité centrale (12) du calculateur (4).