Brevet FR2878314A1 — publié le 20060526

La présente invention concerne, de façon générale, les équipements pour moteur à combustion interne. Plus précisément, l'invention concerne un équipement pour moteur à combustion interne, cet équipement comprenant une bougie incluant au moins un élément fonctionnel, un capteur actif intégré, une première voie de conduction électrique reliant l'élément fonctionnel à une entrée de la bougie, et une seconde voie de conduction reliant le capteur à une sortie de la bougie. Un tel équipement comprenant une bougie et un capteur intégré est connu de l'homme du métier, notamment par l'exemple qu'en donne le brevet FR2849911, déposé 10 par la demanderesse. Le problème général de tels équipements est qu'ils nécessitent un dispositif de câblage séparé pour chacun des éléments bougie et capteur, doublé du fait que ces dispositifs doivent résister à des hautes températures (150 C), ce qui induit des coûts importants et pose des problèmes de fabrication (temps de fabrication, détrompeur obligatoire). De plus, le fait d'avoir pour chaque bougie un double-câblage induit une asymétrie mécanique, relativement à la direction d'allongement de la bougie. Aussi à cause de cette asymétrie, lorsque l'on visse la bougie connectée à son dispositif de câblage dans le moteur, les fils s'entremêlent, ce qui rend les manipulations ultérieures (remplacement) délicates. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer une bougie à capteur intégré à câblage unique. A cette fin, l'équipement de l'invention, par ailleurs conforme à la définition qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que la bougie adopte séquentiellement, en fonctionnement, un premier état dans lequel l'élément fonctionnel est alimenté en énergie, depuis l'entrée de la bougie, à travers la première voie, et un second état dans lequel le capteur actif délivre, sur la sortie de la bougie, un signal de mesure à travers la seconde voie. L'entrée et la sortie de la bougie sont confondues en une borne commune, et 30 l'élément fonctionnel et le capteur actif sont montés en parallèle entre la masse et la borne commune. La première voie inclut des moyens de blocage propres à bloquer, dans le second état, le retour vers la masse d'une partie au moins du signal de mesure, ce dont il résulte que l'énergie fournie à l'élément fonctionnel et le signal de mesure issu du capteur peuvent tous deux transiter par la borne commune. Aussi le fil d'alimentation de la bougie est-il utilisé également pour transporter les informations issues du capteur intégré. Ce qui est particulièrement astucieux en ce sens que lorsque la bougie est alimentée, il est inutile d'obtenir les informations du capteur; et inversement. Le signal de mesure est un signal alternatif, et dans le mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens de blocage comprennent au moins un transistor de type MOSFET, de préférence NMIOS, et comprennent, de préférence, au moins une résistance de polarisation du transistor MOSFET. Dans un mode de réalisation alternatif, les moyens de blocage comprennent au moins une diode, notamment une diode de puissance. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la bougie est une bougie de 10 préchauffage et l'élément fonctionnel une résistance chauffante. Dans un mode de réalisation alternatif, la bougie est une bougie d'allumage et l'élément fonctionnel un dispositif d'allumage. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le capteur est un capteur piézo-électrique, typiquement un capteur de pression de cylindre.. Par ailleurs, l'équipement comprend, en outre, un câble unique relié à la borne commune. De même, l'équipement comprend en outre une source d'énergie électrique reliée à la borne commune par le câble unique et un relais interposé sur le câble unique entre la source et la borne commune. Enfin l'équipement comprend en outre un amplificateur, de préférence à amplification de charge, dont une entrée est reliée au câble unique, entre le relais et la borne commune. L'invention porte également sur un véhicule automobile comprenant l'équipement tel que décrit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique de l'équipement selon l'invention dans le mode de réalisation préféré - la figure 2 est une vue schématique de l'équipement selon l'invention selon un autre mode de réalisation - la figure 3 représente un système de connexion selon l'invention La présente invention concerne un équipement pour moteur à combustion interne. Cet équipement comprend une bougie incluant au moins un élément fonctionnel et un capteur actif intégré. Selon la figure 1, une première voie de conduction électrique relie l'élément fonctionnel 11 à une entrée de la bougie, et une seconde voie de conduction relie le capteur 12 à une sortie de la bougie. La bougie 10 adopte séquentiellement, en fonctionnement, un premier état dans lequel l'élément fonctionnel est alimenté en énergie, depuis l'entrée de la bougie, à travers la première voie; et un second état dans lequel le capteur actif délivre, sur la sortie de la bougie, un signal de mesure à travers la seconde voie. L'entrée et la sortie de la bougie sont confondues en une borne commune. L'élément fonctionnel et le capteur actif sont montés en parallèle entre la masse et la borne commune. La première voie inclut des moyens de blocage propres à bloquer, dans le second état, le retour vers la masse d'une partie au moins du signal de mesure, ce dont il résulte que l'énergie fournie à l'élément fonctionnel et le signal de mesure issu du capteur peuvent tous deux transiter par la borne commune. Le signal de mesure est un signal alternatif. Et dans le mode de réalisation préféré de l'invention, figure 1, les moyens de blocage comprennent au moins un transistor M1 de type MOSFET, de préférence NMOS, et comprennent, de préférence, au moins une résistance RI de polarisation du transistor MOSFET. Les moyens de blocage comprennent, de préférence, au moins une résistance de polarisation du transistor MOSFET. Dans un mode de réalisation alternatif, figure 2, les moyens de blocage comprennent au moins une diode D1, notamment une diode de puissance. Dans le mode de réalisation préféré, figure 1, la bougie est une bougie de préchauffage et l'élément fonctionnel une résistance chauffante. Le capteur est de préférence un capteur piézo-électrique, typiquement un capteur de pression de cylindre. En outre, l'équipement comprend un câble unique relié à la borne commune. II comprend en outre une source d'énergie électrique BATT reliée à la borne commune par le câble unique et un relais U2 interposé sur le câble unique entre la source et la borne commune. Selon l'invention, l'équipement comprend en outre un amplificateur AMP, de préférence à amplification de charge, dont une entrée est reliée au câble unique, entre le 30 relais et la borne commune. Enfin, l'invention se rapporte également à un véhicule automobile comprenant l'équipement tel que décrit précédemment. En fonctionnement, selon le mode de réalisation préféré de l'invention (figure 1), la bougie est une bougie de préchauffage et l'élément fonctionnel une résistance 35 chauffante, et le capteur est un capteur de pression cylindre. Lorsque le relais U2 est fermé, la bougie et le capteur sont alimentés par la batterie. Le drain et la grille du transistor NMOS sont donc connectés à la batterie (12V). Une résistance R1 peut par la suite être connectée entre le drain et la grille du transistor pour atténuer les oscillations à la fermeture du relais U2. Le câble unique relié à la borne commune est connecté à la fois au relais principal U2 et, simultanément, à une entrée de l'amplificateur à mode de charge, intégré dans un contrôleur de gestion moteur. Pendant cette période, le signal du capteur n'est pas lu mais le capteur est toutefois alimenté par la batterie (12V). Cependant, le capteur n'est pas endommagé par cette alimentation extérieure car les éléments piézoélectriques résistent à de telles tensions. A l'état d'équilibre, le relais U2 étant fermé, les équations suivantes s'appliquent au circuit: V(Rgp) = Id*Rgp Vbat = V(Rgp)+Vgs Id = gm*(VgsVth) Où Rgp est la résistance de la bougie, Id est le courant de drain du transistor MOSFET, Vgs est la tension grille/source, et gm = gfs est la transconductance du transistor MOSFET Vth est la tension de seuil du transistor MOSFET Pour des valeurs typiques (transistor IR3915), on a: gm = gfs = 42, Vth = 1.5 V, Rgp = 1.7 Ohm, et Vbat = 12 V On en déduit que Id"6.1 A, V(Rgp) = 10.4 V, Vgs = 1.65 V et Vds = 1.65 V. Puisque Vgs-Vth Lorsque le relais principal U2 est ouvert, le capteur est toujours connecté par le câble unique à une entrée de l'amplificateur à mode de charge, où son signal est alors 35 traité. Et puisque la tension continue est nulle à la sortie du capteur et à Vgs, le transistor M1 est bloquant, ce qui évite la connexion du capteur au circuit basse-impédance que constitue l'élément de préchauffage (1.7 Ohm comme mentionné précédemment), ce qui provoquerait une perte importante de signal.). Par ailleurs, on peut considérer que le capteur est monté en parallèle avec les capacités parasites de jonction (du transistor) Cds (drain/source) et Cgs (grille/source). Et même lorsque le transistor ne conduit pas, il y a des pertes de charges. C'est pourquoi un amplificateur à mode de charge est préféré à un amplificateur à mode différentiel (de tension), afin de compenser les pertes générées par les capacités parasites, de sorte à obtenir un signal de sortie dont l'amplitude est indépendante des pertes liées au câblage. Dans le mode de réalisation alternatif où les moyens de blocage comprennent une diode, notamment une diode de puissance, figure 2, la tension de sortie, alternative, du capteur doit être faible, typiquement inférieure à la tension de seuil classique de 0,7 V afin d'obtenir le même effet bloquant. Et, par comparaison avec la solution MOSFET précédente, on peut calculer que la puissance dissipée dans ce cas est d'environ 4 Watts au lieu des 10 Watts du transistor précédent. De même que pour le transistor, il existe des pertes de charges lorsque la diode ne conduit pas, aussi un amplificateur à mode de charge est-il préféré. Enfin, sur le plan de la connexion, le fait de n'utiliser qu'un seul câble d'alimentation par bougie permet non seulement une économie substantielle de coût, mais permet également d'améliiorer la fiabilité générale de par la limitation des risques d'erreur d'interconnexion aux bornes du connecteur (figure 3) et par la limitation des risques dus aux hauts niveaux de vibrations mécaniques dans le moteur. De plus, n'avoir qu'un seul câble à connecter permet également d'utiliser une interface de connexion à symétrie axiale, telle qu'un capuchon, électriquement relié à la partie supérieure de la bougie, avec une possibilité de libre rotation autour de son centre, de manière similaire à une bougie d'allumage. Une telle interface est en effet insensible à la torsion, ce qui rend possible le vissage de la bougie à capteur intégré sur le moteur d'un véhicule automobile avec le câble déjà connecté. REVENDICATIONS 1. Equipement pour moteur à combustion interne, cet équipement comprenant une bougie (10) incluant au moins un élément fonctionnel (11), un capteur actif (12) intégré, une première voie de conduction électrique reliant l'élément fonctionnel à une entrée de la bougie, et une seconde voie de conduction reliant le capteur à une sortie de la bougie, caractérisé en ce que la bougie adopte séquentiellement, en fonctionnement, un premier état dans lequel l'élément fonctionnel est alimenté en énergie, depuis l'entrée de la bougie, à travers la première voie, et un second état dans lequel le capteur actif délivre, sur la sortie de la bougie, un signal de mesure à travers la seconde voie, en ce que l'entrée et la sortie de la bougie sont confondues en une borne commune, en ce que l'élément fonctionnel et le capteur actif sont montés en parallèle entre la masse et la borne commune, et en ce que la première voie inclut des moyens de blocage propres à bloquer, dans le second état, le retour vers la masse d'une partie au moins du signal de mesure, ce dont il résulte que l'énergie fournie à l'élément fonctionnel et le signal de mesure issu du capteur peuvent tous deux transiter par la borne commune. 2. Equipement selon la revendication 1 dans lequel le signal de mesure est un signal alternatif. 3. Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les moyens de blocage comprennent au moins un transistor (Ml) de type MOSFET, de préférence NMOS, et comprennent au moins une résistance (R1) de polarisation du transistor MOSFET. 4. Equipement selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 dans lequel les moyens de blocage comprennent au moins une diode (D1), notamment une diode de puissance. 5. Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la bougie est une bougie de préchauffage et l'élément fonctionnel une résistance chauffante; ou la bougie est une bougie d'allumage et l'élément fonctionnel un dispositif d'allumage. 6. Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le capteur est un capteur de température, ou un capteur piézoélectrique, typiquement un capteur de pression de cylindre. 7. Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant en outre un câble unique relié à la borne commune. 8. Equipement suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une source d'énergie électrique (BATT) reliée à la borne commune par le câble unique et un relais (U2) interposé sur le câble unique entre la source et la borne commune. 9. Equipement suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un amplificateur, de préférence à amplification de charge, dont une entrée est reliée au câble unique, entre le relais et la borne commune. 10. Véhicule automobile comprenant l'équipement selon l'une quelconque des 5 revendications précédentes.