Brevet FR2827916A1 — publié le 20030131

La présente invention se rapporte à un procédé pour contrôler les paramètres d'allumage d'une bougie d'allumage pour un moteur à combustion interne et un dispositif d'allumage utilisant un tel procédé. Il est déjà connu d'utiliser des bobines d'allumage pour générer une haute tension appliquée à une bougie d'allumage disposée dans un moteur. La haute tension appliquée à la bougie va créer aux électrodes de cette dernière un arc électrique dont l'énergie est utilisée pour allumer un mélange air/carburant présent dans la chambre de combustion que comporte le moteur. Ces bobines d'allumage sont généralement constituées d'un enroulement primaire, dénommé primaire, raccordé à une source de courant continu, telle que la batterie d'un véhicule automobile, et un enroulement secondaire, dénommé secondaire, connecté à une bougie et qui, sous l'effet de la tension appliquée au primaire, génère une haute tension qui va être appliquée à la bougie d'allumage pour former aux électrodes de celle-ci un arc électrique ou étincelle qui allume le mélange air/carburant. Cet allumage dont le moment de déclenchement sera déterminé par un calculateur, dénommé calculateur moteur, que comporte habituellement un moteur, est donc tributaire de la qualité de l'arc, c'est à dire principalement de sa durée et des paramètres électriques tel que l'intensité du courant, la tension,... Actuellement, les bobines d'allumage qui sont utilisées dans les moteurs ont fait l'objet de nombreux tests pour déterminer empiriquement leurs paramètres pour agir de manière la plus performante sur les bougies tant au niveau de la tension appliquée au secondaire qu'au niveau de la durée et du courant de l'arc. Pour cela, il est prévu de faire varier la tension au primaire afin de faire varier simultanément la tension au secondaire jusqu'à ce que l'on trouve le point de fonctionnement idéal de cette bobine. Ceci présente des inconvénients non négligeables dans le sens que les capacités maximales des bobines sont facilement atteintes car le primaire de ces bobines est rapidement saturé en courant primaire. En outre, dans des contextes difficiles (mélange pauvre, fort taux de gaz recyclés,...) entraînant une mauvaise qualité d'allumage du mélange air/carburant voire une absence de l'allumage, il est impossible de déterminer quel paramètre (tension, durée ou intensité de l'arc,...) pourrait être cause et par conséquent cela conduit à utiliser des bobines avec des capacités maximales dans tous les domaines ce qui aggrave son prix de revient. Il est également connu par un article intitulé Capacitor Discharge Ignition System publié en juillet 1992 sous la référence NO RD 33975, un dispositif d'allumage comprenant une bobine d'allumage dont le primaire est alimenté par une capacité chargée en tension et un secondaire relié à une bougie d'allumage. Le primaire de cette bobine est en outre relié en série à un transistor à effet de champ qui joue le rôle d'un interrupteur dont les phases d'ouvertures et de fermetures sont contrôlées par une commande. Ainsi, lorsque la commande actionne l'interrupteur en position fermé, la capacité se décharge dans le primaire en créant une tension dans le secondaire pour alimenter sous haute tension la bougie d'allumage et générer l'arc ou l'étincelle à ses électrodes. Après un court moment d'alimentation du primaire, la commande actionne ensuite cet interrupteur en position ouverte pendant un bref instant, ce qui interrompt l'alimentation du primaire et entraîne une chute progressive de courant de celui-ci. Puis cet interrupteur est refermé avant que le courant dans le primaire et le secondaire ne soit nul. Ces commandes d'ouverture et de fermeture de l'interrupteur sont réalisées de manière répétitive pour obtenir un arc électrique dont l'intensité sera décroissante dans le temps. Par cette disposition, il est possible de configurer les paramètres de ce dispositif d'allumage (en durée de l'arc électrique aux électrodes de la bougie, en tension applicable au secondaire) uniquement pour un seul type d'utilisation. S'il est souhaité de modifier ces paramètres pour un autre type de bobine, il est nécessaire d'établir un autre type de commande pour la fermeture et l'ouverture de l'interrupteur, voire de modifier les primaire et secondaire de la nouvelle bobine. De plus, comme dans le cas des bobines d'allumage classiques, il est impossible de surveiller les paramètres de fonctionnement de cet allumage, comme la tension au secondaire ou la durée de l'arc ou son intensité, pour éventuellement les corriger en cas d'écart par rapport à des valeurs de références. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus en disposant d'un dispositif d'allumage remplaçant la bobine d'allumage et permettant de contrôler de manière aisée tous les paramètres relatifs à l'arc électrique de la bougie. A cet effet, un procédé pour contrôler les paramètres d'allumage d'une bougie d'allumage pour un moteur à combustion interne dont l'allumage est ordonné par un calculateur de contrôle moteur, ladite bougie recevant une haute tension et un courant émanant d'un émulateur d'allumage, est caractérisé en ce que : a) on établit les valeurs cibles en courant et/ou en tension permettant d'obtenir l'arc électrique souhaité aux électrodes de la bougie ; b) on stocke ces valeurs cibles dans une unité de paramétrage ; c) après l'ordre d'allumage donné par le calculateur, on mesure, à intervalle régulier, au moins un paramètre de tension et/ou de courant émanant de l'émulateur ; d) on compare ces paramètres aux valeurs cibles ; e) en cas de dérive entre les paramètres mesurés et les valeurs cibles, on ajuste ces paramètres pour atteindre les valeurs cibles. Avantageusement, on peut commander au moins un moyen d'interruption comporte l'émulateur pour ajuster lesdits paramètres. Préférentiellement, on peut agir sur un moyen d'interruption d'un convertisseur de tension pour ajuster la haute tension reçue par la bougie. On peut également agir sur au moins un moyen d'interruption pour contrôler la montée de tension appliquée à la bougie. On peut aussi agir sur au moins un moyen d'interruption pour contrôler la descente de tension appliquée à la bougie. L'invention concerne aussi un dispositif d'émulation d'allumage pour moteur à combustion interne comportant une bougie associée à une chambre de combustion et alimentée en haute tension par un émulateur d'allumage, caractérisé en ce que l'émulateur d'allumage comprend un convertisseur de tension associé à un interrupteur et un hacheur associé à un interrupteur haut et à un interrupteur bas. De manière préférentielle, un boîtier de contrôle et une unité de paramétrage peuvent être associés à l'émulateur d'allumage. Le boîtier de contrôle peut comprendre des entrées pour des signaux de tension et/ou de courant émanant de l'émulateur. De manière avantageuse, le boîtier de contrôle peut comprendre au moins une entrée pour au moins une valeur cible en tension et/ou en courant à appliquer à la bougie. Le boîtier peut comprendre au moins une sortie pour des signaux de commande à des moyens d'interruption que comporte l'émulateur. Grâce à l'invention, il est possible de disposer de paramètres variables qui permettront de configurer le même dispositif pour plusieurs types d'utilisation et d'obtenir toutes les informations sur l'adéquation de l'arc produit par la bougie. Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître maintenant à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et en se référant aux figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 est un schéma d'un émulateur d'allumage applicable pour le procédé et le dispositif selon l'invention ; - la figure 2 est un schéma d'un boîtier de contrôle d'un émulateur d'allumage selon la figure 1 ; - la figure 3 montre les courbes théoriques de tension et d'intensité à appliquer à la bougie du dispositif d'allumage ; - la figure 4 montre les courbes réelles de tension et d'intensité qui sont appliquées à la bougie. Sur la figure 1, il est montré un émulateur d'allumage E pour moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile, comportant un convertisseur de tension 10 permettant de convertir la tension provenant d'une batterie 12 jusqu'à une tension de 600V, ici de préférence jusqu'à 400V, et un hacheur 14 pour générer une haute tension sur une bougie 16, haute tension qui va engendrer un arc électrique ou étincelle aux électrodes de cette bougie permettant ainsi d'allumer un mélange air/carburant présent dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. Comme mieux visibles sur la figure 1, le convertisseur 10 comporte un interrupteur K3 permettant de faire varier la tension à sa sortie jusqu'à la tension souhaitée à appliquer au hacheur 14. Le hacheur 14 dont l'entrée est raccordée à la sortie du convertisseur 10 comporte un transformateur 18 équivalent à une bobine d'allumage avec un primaire 20 et un secondaire 22. Le primaire 20 comporte deux interrupteurs, un interrupteur haut K1 permettant de contrôler la montée de courant dans ce primaire ainsi qu'un interrupteur haut K2 pour la descente de ce courant dans ce même primaire. Le secondaire 22 est relié, de manière classique, à la bougie 16 par un conducteur électrique 24. Cet émulateur est connecté à un boîtier de contrôle 30 (voir figure 2) qui reçoit des signaux d'entrée de mesure provenant de l'émulateur E, des signaux de valeurs cibles provenant d'une unité de paramétrage 32 par une voie 34 et qui émet des signaux de sortie pour commander les interrupteurs K1 et/ou K2 et/ou K3 et/ou K4 de l'émulateur E. L'unité de paramétrage 32 contient toutes les valeurs cibles théoriques permettant d'obtenir l'arc électrique souhaité à la bougie pendant une période déterminée. Ces valeurs sont notamment la tension (Ucible~HT) et l'intensité du courant (tcibteHT) en sortie du hacheur 14, la tension (Ucible~Boost) et l'intensité du courant (Icible-Boost) en sortie du convertisseur 10. Ces valeurs cibles permettent ainsi de déterminer la tension maximale au secondaire (Us max), le moment (Tmax US) où doit être atteinte cette tension maximale et la tension (Uarc) pour maintenir l'arc électrique aux électrodes de la bougie pendant un temps déterminé (Ts). En fonction de ces valeurs et comme visible sur la figure 3, il a été défini une courbe théorique de la tension U=f (t) à appliquer au secondaire pour obtenir l'arc électrique souhaité aux électrodes de la bougie. Selon cette courbe, après que l'ordre d'allumage ait été donné par le calculateur moteur, le secondaire 22 du transformateur 18 est chargé en tension par le primaire 20, de manière sensiblement linéaire croissante, jusqu'à la tension maximale Us max et pendant un temps déterminé Tmax Us où se créée l'arc aux électrodes de la bougie. A la création de l'arc, la tension au secondaire chute brutalement pour atteindre à une valeur déterminée de tension Uarc qui sera maintenu pendant un certain laps de temps Ts pour entretenir l'arc électrique. A la fin du temps Ts, le secondaire ne sera plus alimenté en tension et atteindra une valeur nulle pour l'extinction de l'arc. Cette courbe théorique d'alimentation du secondaire permet d'obtenir une forme d'onde théorique I=f (t) de l'intensité du courant en fonction du temps appliquée au secondaire 22 par conséquent aux électrodes de la bougie et comporte un maximum en intensité du courant Is de la réalisation effective de l'arc. Grâce à cette disposition, l'unité 32 peut contenir ainsi des valeurs permettant de simuler toutes formes de bobines avec des capacités allant jusqu'à une tension au secondaire de 50kV en un temps allant de 10us à 500us, une durée d'arc aux électrodes de la bougie de 10 us (microsecondes) à 10 ms (millisecondes) et une intensité de courant appliquée au secondaire jusqu'à 1 A. Les valeurs théoriques choisies sont communiquées par la voie 34 au boîtier 30 qui, de plus, reçoit les signaux d'entrée mesurant les tensions réelles de batterie (U~Batt), de sortie du convertisseur (U~Boost) et de sortie du hacheur (U~HT) ainsi que des signaux d'entrée correspondant à la mesure des courants réels à l'interrupteur K3 du convertisseur (LBoost), à l'interrupteur bas K2 du hacheur ( ! K2) et en sortie du hacheur (LHT). L'unité de paramétrage 32 peut également contenir d'autres valeurs comme le nombre d'arc en cas d'allumage multi-étincelles et le temps entre deux arcs. En pratique et comme cela est visible sur la figure 4, le dispositif d'allumage selon l'invention permet d'obtenir, en partie haute, la courbe de tension en fonction du temps mesurée au secondaire et, en partie basse, la courbe de l'intensité du courant en fonction du temps relevée au secondaire. Sur ces courbes, il peut être constaté que le dispositif d'allumage à ajuster tous les paramètres nécessaires pour que la courbe en tension correspondent à celle de la courbe théorique de la figure 3 de façon à ce que la courbe en intensité ait une forme générale se rapprochant de celle de la courbe théorique. Pour arriver à ce résultat, le processus opératoire est le suivant : - on stocke dans l'unité de paramétrage 32 les valeurs cibles en tension et/ou en courant permettant d'obtenir une forme d'onde souhaitée au secondaire 22 et corollairement aux électrodes de la bougie ; - le boîtier 30 reçoit par la voie 32 les valeurs cibles en tension et/ou en courant ; - on mesure, après l'ordre d'allumage donné par le calculateur, les paramètres de tension (U~HT, U~Boost,...) et/ou d'intensité (HT, Boost,...) émanant de l'émulateur - les valeurs cibles sont comparées aux signaux de mesures réelles de tensions et/ou de courant ; - en cas de dérive entre les signaux reçus et les valeurs cibles, le boîtier de contrôle 30 envoie des signaux de sortie pour commander un ou plusieurs interrupteurs K1, K2, K3, K4 de façon à ce que ces valeurs cibles soient atteintes. Préférentiellement, pour assurer un bon suivi des paramètres d'allumage, les mesures en tension et/ou en courant sont effectuées chaque microseconde dés la coupure de la commande d'allumage du calculateur moteur, c'est à dire après que l'ordre d'allumage ait été donné par ce calculateur et avant même que l'arc électrique soit crée aux électrodes de la bougie. En pratique, si un écart est décelé par le boîtier de contrôle, ce dernier commandera l'interrupteur K3 pour augmenter ou diminuer la tension à l'entrée du hacheur 14 ce qui entraînera une augmentation ou une diminution de la tension du primaire 20 et par conséquent une augmentation ou une diminution de la haute tension au secondaire 22. Le boîtier pourra également, grâce aux commandes sur les interrupteurs K1 et K2, contrôler la montée du courant dans le primaire 20 par l'interrupteur K1 et/ou la descente de ce courant par l'intermédiaire de l'interrupteur K2, ce qui aura pour influence de contrôler la montée et la descente de la haute tension qui sera appliquée à la bougie 16. Bien entendu et cela sans sortir du cadre de l'invention les interrupteurs K1, K2 ou K3 ou K4 peuvent être commandés séparément ou ensemble ou en combinaison. Ainsi, grâce à cette disposition, il est possible à tous moments de gérer les paramètres de l'arc aux électrodes de la bougie et plus particulièrement l'énergie de l'arc, sa durée, le nombre d'arc pendant une durée déterminée et le temps entre deux arcs en cas d'allumage multi-étincelles et cela en contrôlant la tension et le courant du secondaire En outre, il est également possible de gérer la tension maximale du secondaire 22 ainsi que le temps nécessaire pour atteindre cette tension maximale. La présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus mais englobe toutes variantes. Notamment, il peut être prévu que l'émulateur E comporte un module d'ionisation 26 qui permet de savoir s'il y a eu une combustion dans la chambre considéré du moteur et déterminer ainsi que les paramètres de l'allumage sont correctement établis pour réaliser cette combustion. En outre, il peut également être prévu que l'émulateur E comporte une source de tension 28, variable grâce à un interrupteur K4, et qui va permettre d'injecter au calculateur que comporte habituellement un moteur, un courant similaire à celui d'une bobine d'allumage permettant d'éviter toute mise en défaut dudit calculateur, ce courant étant mesuré par le boîtier 30 par la voie U~Cde. Bien entendu, l'invention décrite ci-dessus peut être également appliquée à un banc de simulation de moteur à combustion interne. Dans ce cas l'unité de paramétrage sera remplacée par tous moyens telle qu'un calculateur de type ordinateur PC, ce qui permettra de pouvoir paramétrer directement une multitude de dispositif d'allumage avec des formes d'onde variées pouvant être générées par le secondaire. REVENDICATIONS 1) Procédé pour contrôler les paramètres d'allumage d'une bougie d'allumage (16) pour un moteur à combustion interne dont l'allumage est ordonné par un calculateur de contrôle moteur, ladite bougie recevant une haute tension (UHT) et un courant () HT) émanant d'un émulateur d'allumage (E), caractérisé en ce que : f) on établit les valeurs cibles en courant et/ou en tension (Ucible~HT, Ucible~Boost, Icible~HT, Icible~Boost,...) permettant d'obtenir l'arc électrique souhaité aux électrodes de la bougie ; g) on stocke ces valeurs cibles dans une unité de paramétrage (32) ; h) après l'ordre d'allumage donné par le calculateur, on mesure, à intervalle régulier, au moins un paramètre de tension (U~HT, U~Boost, U~Batt) et/ou de courant (LHT, LBoost) émanant de l'émulateur ; i) on compare ces paramètres aux valeurs cibles ; j) en cas de dérive entre les paramètres mesurés et les valeurs cibles, on ajuste ces paramètres pour atteindre les valeurs cibles. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on commande au moins un moyen d'interruption (K1, K2, K3, K4) que comporte l'émulateur (E) pour ajuster lesdits paramètres. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on agit sur un moyen d'interruption (K3) d'un convertisseur de tension (10) pour ajuster la haute tension (U~HT) reçue par la bougie. 4) Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on agit sur au moins un moyen d'interruption (K1) pour contrôler la montée de tension appliquée à la bougie. 5) Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on agit sur au moins un moyen d'interruption (K2) pour contrôler la descente de tension appliquée à la bougie. 6) Dispositif d'émulation d'allumage pour moteur à combustion interne comportant une bougie (16) associée à une chambre de combustion et alimenté en haute tension par un émulateur d'allumage (E) pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'émulateur d'allumage (E) comprend un convertisseur de courant (10) associé à un moyen d'interruption (K3) et un hacheur (14) associé à un moyen d'interruption haut (K1) et à un moyen d'interruption bas (K2) et en ce que ledit dispositif comprend une unité de paramétrage (32) et un boîtier de contrôle (30) associés à l'émulateur d'allumage (E), ladite unité de paramétrage contenant les valeurs cibles en courant et/ou en tension (Ucible~HT, Ucible~Boost, Icible~HT, Icible~Boost,...) permettant d'obtenir l'arc électrique souhaité aux électrodes de la bougie, et ledit boîtier recevant au moins un paramètre mesuré de tension (UHT, U~Boost, U~Batt) et/ou de courant (LHT, LBoost) émanant de l'émulateur et comparant ces paramètres aux valeurs cibles, de façon à ajuster, en cas de dérive entre les paramètres mesurés et les valeurs cibles, ces paramètres en commandant lesdits moyens d'interruption pour atteindre les valeurs cibles. 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le boîtier de contrôle (30) comprend des entrées pour des signaux de tension et de courant émanant de l'émulateur (E). 8) Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le boîtier de contrôle (30) comprend au moins une entrée (34) pour au moins une valeur cible en tension et/ou en courant à appliquer à la bougie. 9) Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le boîtier (30) comprend au moins une sortie pour des signaux de commande à des moyens d'interruption (K1, K2, K3, K4) que comporte l'émulateur (E).