Brevet FR2808566A1 — publié le 20011109

DISPOSITIF DE PILOTAGE D'UNE BOBINE MULTI-ETINCELLES L'invention concerne un dispositif de pilotage d'une bobine multi-étincelles, dans un système d'allumage commandé électroniquement pour moteur combustion interne. Le système d'allumage d'un moteur à combustion interne comprend selon le schéma de la figure 1 une bobine d'allumage 1 dont l'enroulement primaire LP est relié d'une part à la tension Vcc positive de la batterie du véhicule, de l'ordre de 12 Volts et, d'autre part, à un calculateur 2 d'allumage à microprocesseur 5, par l'intermédiaire d'un transistor 3. L'enroulement secondaire Ls de la bobine 1 est relié d'un côté à cette même tension Vcc de la batterie et d'un autre côté une bougie d'allumage 4. Dans le cas d'utilisation de l'invention, l'allumage utilise une bobine par bougie, la bobine étant montée directement sur la bougie, sans câble haute tension les reliant comme le montre la figure 1. L'étincelle entre les électrodes de la bougie est obtenue en faisant fonctionner la bobine en mode indirect ou flyback , c'est-à-dire que le calculateur 2 commande la conduction du transistor 3, ce qui charge en courant l'inductance magnétique de la bobine, qui va ensuite restituer son énergie à l'enroulement secondaire lors du blocage commandé du transistor. Dans les systèmes d'allumage électronique actuels, le calculateur intègre donc le pilote ou driver de la bobine que constitue le transistor 3. Le microprocesseur envoie un signal de commande Sp, de forme rectangulaire, qui gère la charge de la bobine pendant une durée de l'ordre de 4 à 6 ms. Comme le montre la figure 2 qui est une représentation du signal logique de commande, à l'instant t1, le signal So commande le passage du transistor de l'état bloqué l'état saturé. Le courant I de commande de la bobine, qui circule dans l'enroulement primaire Lp, croit d'une valeur nulle à une valeur maximale Imax, atteinte à l'instant t2, de l'ordre de 6 à 10 ampères (figure 3). Simultanément, la tension VS aux bornes de l'enroulement secondaire de la bobine passe d'une valeur égale à celle de la batterie, soit 12 Volts, à une valeur supérieure correspondant à une stabilisation de l'énergie accumulée dans la bobine (figure 4). A l'instant t2, le signal de commande So passe de sa valeur maximale 1 à sa valeur minimale 0, ce qui bloque le transistor 3 et fait chuter brutalement le courant I dans l'enroulement primaire Lp, provoquant une forte surtension. Cette dernière est amplifiée dans l'enroulement secondaire LS, dont la tension VS présente un pic négatif P à l'instant t2, traduisant une chute brutale de sa valeur au point de provoquer un claquage aux bornes des électrodes de la bougie. A partir de l'instant t2, la bobine se décharge jusqu' l'instant t3, sa tension V redevient voisine de zéro. Pour générer un allumage multi-étincelles, la tension V' S aux bornes du secondaire LS de la bobine, présentant un train de pics négatifs P' rapprochés (figure 6), on utilise des bobines à charge ultra- rapide, dont les temps de charge sont voisins de 150 gs et des durées entre étincelles d'environ 300 gs, comme le montre le signal S de la figure 5. Dans ce cas, courants de commande des bobines sont supérieurs aux courants des bobines classiques, de 1 ordre de 25 Ampères. Or, la commande de la bobine par un calculateur intégrant un driver comme dans le cas des bobines classiques présente les inconvénients suivants - une dissipation thermique dans le calculateur, - des émissions électromagnétiques dues aux câbles d'alimentation, et - une limitation de la tension de fixation de niveau du "driver" et de la tension maximale des connecteurs du calculateur. L'invention consiste donc à mettre en oeuvre un procédé de pilotage d'une bobine multi-étincelles, dans laquelle est intégrée la commande de pilotage afin de déporter le calculateur de commande de l'entourage de la bobine. L'objet de l'invention est un dispositif de pilotage d'une bobine multi-étincelles, dont la bobine d'allumage est montée directement sur la bougie, comprenant un calculateur électronique de contrôle éloigné de la bobine, dans un système d'allumage electronique pour moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte de plus, intégré dans bobine, un transistor de pilotage du courant dans la bobine, recevant un signal logique d'un circuit logique commande, lui-même intégré dans bobine et recevant un signal de contrôle issu calculateur electronique, et en ce que ledit signal de contrôle gère la durée de la charge de la bobine la durée du train d'étincelles éclatant entre les deux électrodes de la bougie ainsi que le nombre d'étincelles de chaque train d'étincelles. Selon une autre caractéristique de l'invention, signal de contrôle émis par le calculateur électronique est une succession de créneaux rectangulaires tension dont la valeur maximale (Cmax) détermine la durée de la charge de la bobine d'allumage, dont valeur minimale (Cmin) détermine la durée entre deux étincelles et dont la largeur détermine la durée train d'étincelles émis par la bobine. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple particulier de réalisation d'un système pilotage, illustrée par les figures suivantes qui sont outre les figures 1 à 6 déjà décrites - la figure 7 : un schéma électrique d'un système d'allumage de bobine multi-étincelles pour cylindre selon l'invention ; - la figure 8 une représentation du signal commande d'allumage ; - la figure 9 une représentation du signal contrôle d'une bobine d'allumage pour bougie multi- étincelles, selon l'invention ; - figure 10 une représentation du signal commande de pilotage d'une bobine d'allumage ; - figure 11 une représentation du courant charge de la bobine d'allumage ; - figure 12 : une représentation de la tension aux bornes de l'enroulement secondaire de la bobine 'allumage, et - la figure 13 . un schéma électrique d'un système d'allumage de bobine multi-étincelles pour quatre cylindres d'un moteur à combustion interne. Comme le montre le schéma de la figure 7, le dispositif de pilotage d'une bobine multi-étincelles 22 selon 1 invention comporte tout d'abord, intégré dans la bobine, un transistor 11 de pilotage du courant dans la bobine 12, qui est montée directement sur la bougie. Ce transistor 11 reçoit un signal logique ST (figure 10) commande d'un circuit logique 13, lui-même intégre dans la bobine. Ce circuit logique 13 est connecté 'une part, à la borne positive + Vcc de la batterie d'alimentation électrique du véhicule et, d'autre part à un calculateur 15 électronique de contrôle, éloigne physiquement des bougies du système d'allumage du moteur. Le circuit logique 13 est du type circuit intégre personnalisé, plus connu sous l'acronyme anglo-saxon ASIC pour "Application specific Integrated Circuit". traduit les éléments issus du calculateur en signaux de pilotage de la bobine. De plus, il gère les informations de retour vers le calculateur notamment en ce qui concerne les aspects de sécurité et de diagnostic de bon fonctionnement de la bobine. calculateur électronique 15 comprend des premiers moyens de réglage de la valeur maximale du courant dans bobine d'allumage. Ces premiers moyens sont exemple un générateur de tension ou une borne de sortie analogique AN3 d'un microcontrôleur 14 qui connectée en série avec une résistance 20. Cette resistance 20 a pour but de limiter le courant lorsque le microcontrôleur 14 fournit sur une borne de sortie un signal Sp indiquant de générer des étincelles. calculateur comprend des deuxièmes moyens de réglage courant dans le conducteur de commande arrivant au circuit logique 13. Ces moyens peuvent être réalisés à 'aide d'un transistor et d'un amplificateur opérationnel de façon à ce que l'ensemble réalise un générateur de courant. Ceci a été représenté schématiquement par une charge 17 réglable par une borne de sortie analogique AN2 du microcontrôleur 14. Ce genérateur est activé par un interrupteur électronique 16 commandé par un signal Sp fourni par la borne sortie S1 du microcontrôleur 14. La valeur du courant extrait du circuit 13 par le générateur 17 indique au circuit logique 13 quelle doit être durée entre deux étincelles d'un même train. Si le signal Sp est au niveau logique zéro, le générateur est déconnecté. Le courant "extrait" du circuit 13 est donc nul. Le circuit 13 sait donc qu'il ne doit ou ne plus genérer d'étincelles. De plus, le calculateur comprend des troisièmes moyens de réglage de la phase étincelles. Le signal SP du calculateur, issu directement du microcontrôleur, permet de contrôler le train d'étincelles. moyen peut etre l'interrupteur électronique 16 ou un transistor. Un des deux niveaux permet de déclencher un train 'étincelles pendant le maintien à ce niveau tandis que le niveau complémentaire implique 'arrêt des étincelles. Enfin, il comprend des quatrièmes moyens de diagnostic d'un problème survenant au niveau de la bobine. peut être une résistance 19 connectée à la borne analogique AN1 du microprocesseur 14, aux bornes de laquelle on effectue une mesure de tension U, placée entre la masse électrique et une des bornes de la charge réglable 17. Le microprocesseur est relié aux différents éléments de génération du signal Sc, à savoir - la génération de la phase d'étincelles, - le réglage du générateur de tension, - le réglage de la charge variable, et - le diagnostic. La charge réglable constituant les moyens 17 de réglage du courant dans la bobine est connectée à une borne de la résistance 20 placee en sortie du générateur de tension. En sortie de cette résistance 20, le calculateur électronique délivre signal de contrôle Sc, sous forme de créneaux rectangulaires, qui gère, en plus de la durée D1 de la charge de la bobine, la durée D2 du train d'étincelles ainsi que le nombre d'étincelles. Ce signal de contrôle Sc est représenté sur la figure 9, sous la forme d'une succession de créneaux rectangulaires de tension. Ce signal de contrôle Sc est reçu par le circuit logique 13 qui va alors délivrer un signal logique de commande du transistor 11, afin qu'il pilote le courant dans bobine. Cette durée D1 de la charge de la bobine correspond à la largeur des impulsions de commande du signal logique ST. Sur la figure 10, on constate que les deux premiers créneaux de tension, entre les instants tlo et t11, et les instants t12 et t13, ont la même valeur maximale Cmax, de sorte que la durée D1 de chaque impulsion du signal ST a la même largeur, contrairement au troisième créneau. La figure 11 représente le courant I qui s'établit dans l'enroulement primaire de la bobine pendant chaque phase de charge et la figure 12 représente la tension VB aux bornes du secondaire de la bobine. La valeur minimale Cmin du créneau de tension du signal de contrôle Sc règle la durée d entre deux étincelles. Le front descendant de chaque créneau du signal de contrôle Sc correspond l'instant du début du train d'étincelles éclatant entre les électrodes de la bougie. Ainsi, la valeur minimale du premier créneau entre les instants t11 et t12 étant inférieure à celle du deuxième créneau entre les instants t13 et t14, les deux trains d'étincelles correspondant à ces deux intervalles de temps ne comportent pas le même nombre d'étincelles. La valeur du courant dans la bobine peut être nulle, dans le cas d'un problème au niveau de la bobine ou d'une connexion comme par exemple entre les instants t17 et t18. Dans ce cas, la valeur minimale nulle du créneau de tension du signal de contrôle Sc est significative de ce problème. Cette tension apparaît aux bornes de la résistance 19, constituant les quatrièmes moyens de diagnostic d'un problème, situés dans le calculateur électronique 15. En cas d'absence de courant provoqué par la bobine ou par une déconnexion, le circuit logique 13 de commande du transistor 11 ouvre l'interrupteur le reliant à la tension + Vcc de la batterie. Enfin, la largeur L du créneau comprise entre le premier front descendant et le premier front montant, soient t11 et t12 par exemple pour le premier créneau de la figure 9, détermine la durée D2 du train d'étincelles émis par la bobine. La figure 13 est un schéma d'un système d'allumage quatre cylindres selon l'invention dans lequel les éléments principaux de la figure 7 sont reproduits quatre fois et sont affectés d'un indice 1, 2, 3 ou 4 selon le cylindre concerné. Le microcontrôleur 14 fournit les signaux analogiques sur les bornes AN1, AN2 et AN3 et les signaux de commande Sp sur les bornes de sortie S1, S2, S3 et S4. L'invention a pour avantage de réaliser une solution de pilotage d'une bobine multi-étincelles qui est simple et performante. Par ailleurs, le calculateur n'a plus de risque de chauffer puisque la puissance de la bobine d'allumage est déportée. Le signal rectangulaire de commande de bobine gère la durée de l'étincelle ou du train d'étincelles, la durée entre deux étincelles et le nombre d'étincelles. Il gère le courant de charge de la bobine et permet le diagnostic de son fonctionnement R E V E N D I C A T I O N S 1 Dispositif de pilotage d'une bobine multi- étincelles, dont la bobine d'allumage est montée directement sur la bougie, comprenant un calculateur électronique de contrôle éloigné de la bobine, dans un système d'allumage électronique pour moteur combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte de plus, intégré dans la bobine, un transistor (11) de pilotage du courant dans la bobine (12), recevant un signal logique (ST) d'un circuit logique de commande ( ), lui-même intégré dans la bobine et recevant un signal de contrôle (Sc) issu du calculateur électronique (15), et en ce que ledit signal de contrôle gère la durée de la charge de la bobine, la durée du train d'étincelles éclatant entre les deux électrodes de la bougie ainsi que le nombre d'étincelles de chaque train d'étincelles. 2. Dispositif de pilotage d'une bobine multi-étincelles selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de contrôle (Sc), émis par le calculateur électronique (15), est une succession de créneaux rectangulaires de tension, dont la valeur maximale (Cmax) de chacun détermine la durée de la charge de la bobine d'allumage (12), la valeur minimale (Cmïn) détermine la durée entre deux étincelles et dont la largeur entre le premier front descendant et le premier front montant détermine la durée du train d'étincelles. 3. Dispositif de pilotage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le calculateur électronique (15) de contrôle comprend - des premiers moyens (AN3, 20) de réglage de la valeur de la tension de repos sur le conducteur entre le calculateur (15) et la bobine (12), valeur destinée à régler la valeur maximale (Imax) du courant dans la bobine d'allumage (12) ; - des deuxièmes moyens (AN2, 17) de réglage de la valeur du courant (I) dans le conducteur entre le calculateur (15) et la bobine (12) pendant la phase d'étincelles, valeur permettant de régler la durée entre deux étincelles du train d'étincelles ; - des troisièmes moyens (Sp, 16) de réglage de la durée de la phase d'étincelles ; - des quatrièmes moyens (AN1, 19) de diagnostic d'un problème survenant au niveau de la bobine d'allumage. 4. Dispositif de pilotage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les premiers moyens sont réalisés par un générateur de tension (AN3) connecté en série à une résistance (20). 5. Dispositif de pilotage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deuxièmes moyens de réglage du courant dans la bobine d'allumage sont réalisés par une charge réglable (17) recevant un signal d'ordre de phase de l'étincelle. 6. Dispositif de pilotage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les quatrièmes moyens de diagnostic d'un problème survenant au niveau de la bobine d'allumage sont réalisés par une résistance (19) aux bornes de laquelle est mesurée la tension.