Brevet FR2838781A1 — publié le 20031024

SR 22073 JP/VD DISPOSITIF DE DETECTION DE RATE D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE ARRIERE-PLAN DE L' INVENTION Domaine de l' invention - - Cette invention concerne un dispositif de detection de rate diun moteur a combustion interne destine a detecter une combustion ou un rate du moteur a combustion interne sur la base d'un courant ionique. Arriere-plan de la technique On salt, d'une man.iere generale, que si un melange air-carburant est brule dans un cylindre d'un moteur a combustion interne, des ions vent produits. Ensuite, si une sonde a laquelle est appliquee une tension elevee en tent que tension de polarisation, est installee dans le cylindre, on pourra observer les ions sous forme diun courant ionique. Ceci signifie que la presence ou ['absence du courant ionique est detectee, ce par quoi on peut determiner qu'une combustion ou qu'un rate se produit separement dans chaque cylindre. La figure 6 est un dessin destine a montrer la configuration diun dispositif de detection de rate d'un moteur a combustion interne d'une technique apparentee, et la figure 7 est un chronogramme destine a montrer le fonctionnement du dispositif de detection de rate. A la figure 6, la reference numerique 1 designe une section d'allumage. La section d'allumage 1 comprend une bobine d'allumage IG dans laquelle une tension positive VB est appliquee du cOte haute tension d'un enroulement primaire 11, un element de commutation 13 destine a couper la circulation d'un courant primaire est relic entre le cSte basse tension et la terre, une bougie d'allumage 14 est reliee au c8te haute tension d'un enroulement secondaire 12 et une section de detection SR 22182 JP/PR de courant ionique 15 est reliee au cote basse tension par l'intermediaire diun fil conducteur. La section de detection de courant ionique 15 comprend un circuit de polarisation 16 destine a appliquer une tension de polarisation-positive a la bougie d'allumage 14. Puis, le fonctionnement du dispositif de la technique apparentee est le suivant: Pour utiliser la tension secondaire de la bobine d'allumage IG afin de detecter un courant ionique, le circuit de polarisation 16 charge la bougie d'allumage 14 avec une haute tension positive (tension de polarisation) -en tent que sonde de detection de courant ionique. Lorequ'une impulsion d'allumage IB est envoyee a ltelement de commutation 13, le courant primaire de l'enroulement primaire 11 de la bobine d'allumage IG sur le franc descendant de l'impulsion d'allumage IB est coupe. Une haute tension negative est appliquee a - la bougie d'allumage 14 reliee a l'enroulement secondaire 12 et une decharge est amorcee entre les electrodes de la bougie d'allumage 14, ce par quoi un melange aircarburant est allume et une combustion explosive se produit. Pendant que se produit la combustion explosive du melange air-carburant, des ions vent produits par l' action diionisation dans le cylindre explosif. A cet instant, la tension de polarisation positive est appliquee a la bougie d'allumage 14 par le circuit de polarisation 16 charge par la tension secondaire et ainsi, les ions font en sorte qu'un deplacement d' electrons se produit par la tension de polarisation et vent detectes sous forme de courant ionique. Cependant, comme le representent les figures 7A et 7s, avant la detection des ions, une impulsion a franc SR 22182 JP/PR raide survient loreque l'impulsion d'allumage IB monte, et au moment de l'allumage dans le melange air- carburant provoque par decharge par la bougie d'-allumage 14, une impulsion a franc raide se produit egalement sous forme de bruit d'allumage lorsque le courant ionique apparalt. D'une maniere generale, la valeur de crdLe du courant ionique change en fonction de l'etat de fonctionnement du moteur; lorsque la vitesse du moteur est faible, la valeur de crete tend a devenir petite et lorsque la vitesse du moteur est elevee, la valeur de crete tend a devenir grande. La valeur est de l'ordre de plusieurs A a plusieurs centaines de WA. Pour detecter un rate sur la base de la presence ou de l' absence du courant ionique dans toutes les zones de condition de fonctionnement du moteur, la valeur de seuil pour la detection de courant ionique est fixee a plusieurs A. En fait, cependant, si la valeur de seuil est fixee a plusieurs A, loreque 1'impulsion d'allumage IB montera, le bruit d'allumage survenant au moment de l'allumage de la bougie d'allumage 14 pourra etre detecte de fagon erronee en tent qu'impulsion de combustion. Par consequent, chacune des impulsions possedant une largeur d'impulsion etroite est eliminee par un circuit de masquage (moyens de masquage) 17 et alors, seule la composante de courant ionique est mise en forme par un circuit de mise en forme 118 et le resultat est delivre en sortie sous forme d'une impulsion de combustion. Par consequent, en combustion normale, comme le represente la figure 7C, l'impulsion de combustion produite grace a la mise en forme du courant ionique par le circuit de mise en forme 118 est delivree en sortie pendant la duree de masquage apres le debut de SR 22182 JP/PR la decharge. La figure 7D represente la forme d'onde de courant ionique au moment diun rate; l'impulsion durant la montee ou la descente de l'impulsion d'allumage et limpulsion provoquee par le bruit d'allumage vent supprimees par le circuit de masquage et ne vent pas ainsi delivrees en sortie. Par consequent, comme le represente la figure 7E, ['explosion de combustion dans le cylindre est supprimee a cause d'un rate, bien sur, et ainsi, aucune impulsion de combustion provoquee par un courant ionique n'est delivree en sortie. A l'etat de combustion normale, tel que celui - decrit ci-dessus, la forme d'onde du courant ionique est mise en forme sur la base d'une valeur de seuil fixe predeterminee et l' existence ou non d'une impulsion de combustion est determinee, et il devient possible ainsi de determiner si on a un etat de combustion ou de rate. Toutefois, de la suie peut 8tre deposee entre les electrodes de la bougie d'allumage, du fait de la combustion d'un melange air-carburant en fonction de l'etat de fonctionnement du moteur a combustion interne. Par exemple, en supposant que la tension de polarisation est de 100 V et que la resistance d'isolement de la bougie d'allumage 14 lorsque de la suie est deposee est de 5 MQ' un courant de fuite de ,uA circule. En consequence, comme le montre la figure 8, au moment ou est appliquee l'impulsion d'allumage IB, pendant que le courant de fuite est attenue de facon monotone avec une constante de temps predeterminee, il circule dans la section de detection de courant ionique 15. Au debut de la decharge de la bougie d'allumage 14, un courant ionique provoque par combustion se superpose au courant de fuite diminuant graduellement de facon monotone avec une constante de SR 22182 JP/PR temps CR de resistance elevee generee par la suie et une capacite C du circuit de polarisation, et circule. Par consequent, loreque le courant de fuite circule, si le signal d' entree de courant ionique traversant le circuit de masquage est une impulsion mise en forme par le circuit de mise en forme, le courant de fuite ayant une largeur d'impulsion predeterminee, produit par application d'une impulsion d'allumage, et le courant de fuite diminuant graduellement de fa,con monotone avec la constante de temps CR, vent detectes en tent qu'impulsion de combustion independamment d' un rate ou d' une combustion; c'est un probleme. RESUME DE L' INVENTION C'est par consequent un objectif de ['invention que de creer un dispositif de detection de rate d'un moteur a combustion interne, susceptible de detecter uniquement la composante de courant ionique produite par combustion au moment de la combustion, si un courant de fuite apparalt. Un dispositif de detection de rate d'un moteur a combustion interne selon un aspect de cette invention comprend des moyens de detection de courant ionique et des moyens de determination de rate. Les moyens de detection de courant ionique detectent un courant ionique produit au moment de la combustion du melange air-carburant. Le courant ionique est sensible a la quantite d'ions apparaissant dans un cylindre juste apres la combustion du melange air-carburant dans le cylindre du moteur a combustion interne. Les moyens de determination de rate calculent une fonction predeterminee sur la base de la valeur de detection de courant ionique et determinant que lietat est un etat de combustion loreque ['amplitude depasse une valeur de seuil. SR 22182 JP/PR Selon cet aspect de ['invention, lorequ'un courant de fuite et un rate se produisent simultanement, il est possible d'eviter une determination erronee de combustion. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caracteristiques et avantages de l' invention ressortiront plus clairement a la lecture de la description ci-apres, faite en reference aux dessins annexes, dans lesquels: la figure 1 est un organigramme destine a montrer le fonctionnement d'un dispositif de detection de rate d'un moteur a combustion interne selon un premier mode de realisation de l' invention; la figure 2 est un organigramme destine a montrer le fonctionnement d'un dispositif de detection de rate d'un moteur a combustion interne selon un deuxieme mode de realisation de l' invention; la figure 3 represente des chronogrammes destines a montrer le fonctionnement du dispositif de detection de rate du premier et du deuxieme mode de realisation de l' invention; la figure 4 est un dessin destine a montrer la configuration d'un dispositif de detection de rate d'un moteur a combustion interne du premier mode de realisation de l 'invention; la figure 5 est un dessin destine a montrer la configuration d'un dispositif de detection de rate d'un moteur a combustion interne du deuxieme mode de realisation de l' invention; la figure 6 est un dessin destine a montrer la configuration d'un dispositif de detection de rate d'un moteur a combustion interne d'une technique apparentee; la figure 7A est un chronogramme d'une impulsion d'allumage, destine a decrire le fonctionnement du SR 22182 JP/PR dispositif de detection de rate de la technique apparentee; la figure 7B est un chronogramme d'un courant ionique en combustion normale; la figure 7C est un chronogramme d'une impulsion de combustion, destine a decrire le fonctionnement du dispositif de detection de rate de la technique apparentee; la figure 7D est un chronogramme d'un courant ionique lorequ'un rate se produit; la figure 7E est un chronogramme d'une impulsion de combustion lorsqu'un rate se produit, destine a decrire le fonctionnement du dispositif de detection de rate de la technique apparentee; et la figure 8 est un chronogramme destine a decrire un probleme du dispositif de detection de rate de la technique apparentee. DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION PREFERES - Premier mode de realisation On va expliquer un premier mode de realisation de l' invention en reference aux dessins annexes. La figure 4 est un dessin destine a montrer la configuration d'un dispositif de detection de rate d'un moteur a combustion interne de ce mode de realisation. A la figure 4, la reference numerique 1 designe une section d'allumage. La section d'allumage 1 comprend une bobine d'allumage IG dans laquelle une tension positive VB est appliquee au c8te haute tension d'un enroulement primaire 11, un element de commutation 13 destine a couper la circulation d'un courant primaire est relic entre le cBte basse tension et la terre, une bougie d'allumage 14 est reliee au cSte haute tension dun enroulement secondaire 12 et une section de detection de courant ionique 15- est reliee au c8te basse tension par l'intermediaire d'un fil conducteur. SR 22182 JP/PR La section de detection de courant ionique 15 est reliee a un microprocesseur 61. La section de detection de courant ionique 15 comprend un circuit de polarisation 16 destine a appliquer une tension de polarisation positive a la bougie d'allumage 14. Le microprocesseur 61 comprend des moyens de masquage 17, des moyens de calcul de derivee 50 et des moyens de determination de rate 18. On peut utiliser un DSP (processeur de traitement numerique du signal) ou analogue a la place du microprocesseur 61. Pour utiliser la tension secondaire de la bobine d'allumage IG afin de detecter un courant ionique, le circuit de polarisation 16 charge la bougie d'allumage 14 avec une haute tension positive (tension de polarisation) en tent que sonde de detection de courant onlque. Lorsqu'une impulsion d'allumage IB est envoyee a l' clement de commutation 13, le courant primaire de l'enroulement primaire 11 de la bobine d'allumage IG sur le franc descendant de l'impulsion d'allumage IB est coupe. Une haute tension negative est appliquee a la bougie d'allumage 14 reliee a l'enroulement secondaire 12 et une decharge est amorcee entre les electrodes de la bougie d'allumage 14, ce par quoi un melange air-carburant est allume et une combustion explosive se produit. Pendant que la combustion explosive du melange air-carburant se produit, des ions vent produits par ['action diionisation dans le cylindre explosif. A cet instant, la tension de polarisation positive est appliquee a la bougie d'allumage 14 par le circuit de polarisation 16 charge par la tension secondaire et ainsi, les ions font en sorte qu'un deplacement d'electrons se produit par la tension de polarisation. SR 22182 JP/PR Le circuit de polarisation 16 detecte ensuite un courant ionique. On va expliquer ensuite le fonctionnement du dispositif de detection de rate du premier mode de realisation en reference aux figures 1 et 3. La figure 1 est un organigramme destine a montrer le fonctionnement diun dispositif de detection de rate d'un moteur a combustion interne selon le premier mode de realisation de ['invention. Le circuit de polarisation 16 detecte un courant ionique (etape S1), et les moyens de calcul de derivee calculent une derivee du courant ionique (etape S2). Un pic provoque par le bruit initial se produit dans la forme d'onde de courant ionique. Pendant le calcul de la derivee, les moyens de masquage 17 masquent la partie initiale de la forme d'onde de courant ionique afin de supprimer le bruit initial. La derivee est calculee dans la zone dans laquelle le masquage est effectue de facon a n'utiliser que les donnees de forme dionde qui suivent le pie. Les moyens de determination de rate 18 calculent la section de diminution de la derivee et le degre de diminution de la derivee dans la section (etape S3). La deuxieme derivee peut etre egalement calculee en meme temps que le calcul de la derivee. La deuxieme derivee est utilisee pour trouver la section dans laquelle la derivee diminue, et ainsi, le degre de diminution de la derivee dans la section peut etre calcule. Les moyens de determination de rate 18 comparent les valeurs absolues de la section et du degre de diminution aux valeurs de seuil (etape S4). Si les deux vent egaux ou superieurs aux valeurs de seuil, les moyens de determination de rate 18 determinant que l'etat est un etat de combustion (etape S5); sinon, il determine que lietat est un etat de rate (etape S6). SR 22182 JP/PR - Deuxieme mode de realisation On va expliquer un deuxieme mode de realisation de l' invention en reference aux dessins annexes. La figure 5 est un dessin destine a montrer la configuration diun dispositif de detection de rate d'un moteur a combustion interne de ce mode de realisation. Le microprocesseur 61 de la figure 5 comprend des moyens de calcul de deuxieme derivee 51 a la place des moyens de calcul de derivee 50 de la figure 4. La figure 2 est un organigramme destine a montrer le fonctionnement d'un dispositif de detection de rate diun moteur a combustion interne. On expliquera le -- fonctionnement du dispositif de detection de rate du deuxieme mode de realisation en reference aux figures 2 et 3. Le circuit de polarisation 16 detecte un courant ionique (etape S11), et les moyens de calcul de deuxieme derivee 51 calculent une derivee ducourant ionique (etape S12). Les moyens de masquage 17 masquent la partie initiale de la forme d'onde de courant ionique afin de supprimer le bruit initial. Un pic provoque par le bruit initial se produit dans la forme d'onde de courant ionique. La deuxieme derivee est calculee dans la zone dans laquelle le masquage est effectue de facon a n'utiliser que les donnees de forme d'onde qui suivent le pie. Les moyens de determination de rate 18 calculent la section dans laquelle la deuxieme derivee devient negative et la zone de forme d'onde de la section (etape S13). Les moyens de determination de rate 18 comparent les valeurs absolues de la section et de la zone de forme d'onde aux valeurs de seuil (etape S14). Si les deux vent egales ou superieures aux valeurs de seuil, les moyens de determination de rate 18 determinant que SR 22182 JP/PR ltetat est un etat de combustion (etape S15); sinon, les moyens de determination de rate 18 determinant que l'etat est un etat de rate (etape S16). - Troisieme mode de realisation Pour calculer la derivee ou la deuxieme derivee, les moyens de calcul de derivee 50 ou les moyens de calcul de deuxieme derivee 51 utilisent un procede de calcul en differences finies. L'amplitude de la difference du procede de calcul en differences finies se trouve dans la plage comprise entre un quart et trots quarts d'une valeur de seuil de la largeur de section de la determination de rate. - Quatrieme mode de realisation Pour calculer la derivee ou la deuxieme derivee, les moyens de calcul de derivee 50 ou les moyens de calcul de deuxieme derivee 51 utilisent un procede de calcul en differences finies. Ce procede de calcul en differences finies utilise la difference au centre. Selon ['invention, il est possible de determiner la presence d'une combustion ou d'un rate avec une grande precision, et m8me lorsqu'un courant de fuite se produit et qutun rate se produit, il n'y a aucune determination erronee diun etat de combustion. Particulierement, l'utilisation d'une derivee ou diune deuxieme derivee permet de determiner l' existence d'un etat de combustion ou de rate avec une grande precision en effectuant un calcul relativement facile. SR 22182 JP/PR RENTENDICATIONS 1. Dispositif de detection de rate diun moteur a combustion interne destine a detecter une combustion ou un rate d'un melange air-carburant dans le moteur a combustion interne sur la base d'un courant ionique produit au moment de la combustion du melange air- carburant, caracterise en ce qu'il comprend: des moyens de detection de courant ionique (15) destines a detecter le courant ionique sensible a la quantite d' dons apparaissant dans un cylindre juste apres la combustion du melange air-carburant dans le cylindre du moteur a combustion interne; et des moyens de determination de rate (18) destines a calculer-une fonction predeterminee sur la base de la valeur de detection de courant ionique et, loreque ['amplitude depasse une valeur de seuil, a determiner que 1'etat est un etat de combustion. 2. Dispositif de detection de rate selon la revendication 1, caracterise en ce qu'il comprend en outre des moyens de calcul de derivee (50) destines a masquer le bruit initial du courant ionique et a calculer une derivee; dans loquel les moyens de determination de rate (18) calculent une section dans laquelle la derivee diminue et le degre de diminution de la derivee dans la section; et les moyens de determination de rate (18) determinant que lietat est un etat de combustion lorequ'une zone dans laquelle la section et le degre de diminution vent superieurs aux valeurs de seuil existe. 3. Dispositif de detection de rate selon la revendication 1, caracterise en ce qu'il comprend en SR 22182 JP/PR outre des moyens de calcul de deuxieme derivee (51) destines a masquer le bruit initial du courant ionique et a calculer une deuxieme derivee; dans lequel -5 les moyens de determination de rate (18) calculent une section et la taille d'une zone dans laquelle la deuxieme derivee devient negative; et les moyens de determination de rate (18) determinant que lietat est un etat de combustion lorsqu'une zone dans laquelle la section et la taille vent superieures aux valeurs de seuil existe. 4. Dispositif de detection de rate selon la revendication 2, caracterise en ce que, dans le dispositif les moyens de calcul de derivee (50) calculent la derivee en utilisant un procede de calcul en differences finies et fixent ['amplitude de la difference du procede de calcul en differences finies dans une plage comprise entre un quart et trots quarts de la valeur de seuil de la section. 5. Dispositif de detection de rate selon la revendication 3, caracterise en ce que, dans le dispositif les moyens de calcul de deuxieme derivee (51) calculent la deuxieme derivee en utilisant un procede de calcul en differences finies et fixent l 'amplitude de la difference du procede de calcul en differences finies dans une plage comprise entre un quart et trots quarts de la valeur de seuil de la section. 6. Dispositif de detection de rate selon la revendication 4, caracterise en ce que, dans le dispositif, le procede de calcul en differences finies SR 22182 JP/PR utilise la difference au centre. 7. Dispositif de detection de rate selon la revendication 5, caracterise en ce que, dans le dispositif, le procede de calcul en differences finies utilise la difference au centre.