Brevet FR2905179A1 — publié le 20080229

DISPOSITIF DE DIAGNOSTIC DE CIRCUIT D'ALLUMAGE ELECTRONIQUE Domaine technique et art antérieur L'invention concerne un dispositif de diagnostic de circuit d'allumage électronique ainsi qu'un système d'allumage électronique de moteur de véhicule qui comprend un dispositif de diagnostic de circuit d'allumage électronique selon l'invention. Un système d'allumage électronique de moteur de véhicule ne comprend pas de dispositifs mécaniques. C'est un calculateur qui détermine le point d'allumage optimal de chaque cycle en fonction de paramètres mesurés (pression du collecteur, température du collecteur, température de l'eau de refroidissement, position du papillon et bruit de cliquetis, etc.). La figure 1 représente un système d'allumage électronique de moteur de véhicule de l'art connu. Le système d'allumage électronique comprend, entre autres, une bobine d'allumage 1, une bougie d'allumage 2, un capteur de dépression 3, un capteur papillon 4, un capteur à induction 5, un calculateur 6 et une batterie 7. La vitesse de rotation du moteur est déterminée par le capteur à induction 5. Le capteur de dépression mesure la dépression en fonction de la charge dans le collecteur d'admission. D'autres informations sont également fournies par le capteur de position du papillon 4 ainsi que par d'autres capteurs (non 2905179 2 représentés sur la figure) qui délivrent, par exemple, des mesures de la température de l'air d'admission, de la température du moteur, de la pression atmosphérique, etc. Le calculateur 6 comprend une mémoire morte dans 5 laquelle sont stockées les courbes exactes d'avance à l'allumage du moteur. L'étage de commande de l'allumage est placé dans le calculateur 6. L'étage de commande de l'allumage est un interrupteur à commande électrique réalisé à l'aide d'un transistor bipolaire à porte 10 isolée plus communément appelé transistor IGBT (IGBT pour Insulated Gate Bipolar Transistor ). La figure 2 représente un schéma de principe de circuit d'allumage électronique selon l'art antérieur. Le circuit d'allumage électronique comprend un circuit 15 primaire d'allumage et un circuit secondaire d'allumage. Le circuit primaire d'allumage comprend une batterie A, une bobine primaire 9, une self-induction de fuite Sf, une diode Zener Z et l'interrupteur à commande électrique 8. La diode Zener Z est montée en 20 parallèle de l'interrupteur à commande électrique 8. Le circuit secondaire d'allumage comprend une bobine secondaire 1 (la bobine d'allumage), la bougie d'allumage 2, une capacité de bougie C2 et une capacité de bobine Cl. Les bobines 9 et 1 sont enroulées autour 25 d'un noyau magnétique N. L'interrupteur à commande électrique 8 est commandé par un signal de commande K délivré par un microcontrôleur 10 intégré dans le calculateur 6. Le microcontrôleur 10 gère le niveau d'énergie délivrée ainsi que l'instant d'allumage sur le cylindre en fonction d'informations provenant de différents 2905179 3 capteurs (paramètres moteur) et de cartographies programmées qu'il a en mémoire. Lors de l'ouverture du circuit primaire d'allumage (ouverture de l'interrupteur 8 sous l'effet 5 de la commande K), l'effet inductif du circuit secondaire sur le circuit primaire produit une remontée de la tension appliquée. La diode Zener Z bloque alors le courant pour une valeur limite prédéterminée de tension à ses bornes, communément appelée tension de 10 clamp. Le calculateur 6 continue cependant à donner la consigne d'allumage sans vérifier que la tension de clamp est atteinte. En cas de mauvais fonctionnement ou de non fonctionnement de la diode Zener, la tension au 15 primaire peut dépasser la tension de clamp et des détériorations de l'interrupteur 8 (IGBT) et/ou de la bobine d'allumage 1 peuvent alors survenir. Par ailleurs, pendant son fonctionnement, la bougie d'allumage 2 est exposée à l'usure et à 20 l'encrassement et subit en conséquence un vieillissement qui augmente le besoin en tension d'allumage. Dès que la tension d'allumage nécessaire ou le besoin en tension atteint une valeur qui ne peut pas être fournie par la réserve de haute tension stockée 25 dans la bobine primaire 9, il faut alors s'attendre à une moindre qualité de l'étincelle pouvant provoquer des ratés d'allumage ( misfire en langue anglaise). Ceci représente un autre inconvénient. L'invention ne présente pas les inconvénients 30 mentionnés ci-dessus. 2905179 Exposé de l'invention En effet, l'invention concerne un dispositif de diagnostic de circuit d'allumage électronique qui comprend un circuit primaire dans lequel un 5 interrupteur est monté en parallèle avec un circuit de référence de tension apte, dès lors que l'interrupteur s'ouvre, à limiter le courant qui parcourt le circuit primaire pour une valeur prédéterminée de tension aux bornes du circuit de référence de tension, caractérisé 10 en ce qu'il comprend : ù des moyens de comparaison qui, dès lors que l'interrupteur s'ouvre, comparent une tension aux bornes de l'interrupteur avec une tension de référence sensiblement égale à la valeur 15 prédéterminée de tension et qui délivrent une information de comparaison qui traduit si la tension aux bornes de l'interrupteur est sensiblement égale ou sensiblement différente de la valeur de tension prédéterminée, et 20 ù une unité de contrôle et de diagnostic qui reçoit sur une première entrée l'information de comparaison et qui délivre un signal d'alerte si l'information de comparaison traduit que la tension aux bornes de l'interrupteur est sensiblement différente de la 25 valeur de tension prédéterminée. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, l'unité de contrôle et de diagnostic comprend un circuit mémoire qui stocke l'information de comparaison. 30 Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, l'unité de contrôle et de diagnostic 4 2905179 5 reçoit, sur une deuxième entrée, la tension présente aux bornes de l'interrupteur, calcule une durée d'arc d'étincelle à partir de ladite tension et compare ladite durée d'arc d'étincelle avec une durée de 5 référence de sorte que, si la durée d'arc d'étincelle est inférieure ou égale à la durée de référence, l'unité de contrôle et de diagnostic délivre un signal de défaillance de bougie d'allumage. Selon encore une autre caractéristique 10 supplémentaire de l'invention, lorsque l'unité de contrôle et de diagnostic délivre un signal de défaillance de bougie d'allumage, l'unité de contrôle et de diagnostic délivre un signal de commande qui est appliqué à l'interrupteur de façon à maintenir une 15 durée minimale d'arc d'étincelle. L'invention concerne également un système d'allumage électronique de moteur de véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de diagnostic de circuit d'allumage électronique selon 20 l'invention. L'invention permet le diagnostic de l'étage de commande en se basant sur l'observation du circuit primaire d'allumage et de la différence de potentiel aux bornes de la diode Zener. Avantageusement, lorsque 25 la diode Zener ne respecte pas la tension de consigne (différence de potentiel trop faible ou trop élevée aux bornes de la diode Zener), cela est signalé au calculateur qui mentionne alors une panne de l'étage de commande. 30 L'invention permet également le diagnostic du vieillissement de la bougie sur la base de 2905179 6 l'observation de la tension du circuit primaire d'allumage. Le paramètre utilisé est la durée d'étincelle. Aussi longtemps que la durée d'étincelle est supérieure à une valeur prédéterminée qui peut être 5 fonction, par exemple, du régime du moteur, de la charge et/ou du volet d'aérodynamique du moteur, il est considéré que l'allumage fonctionne correctement. Lorsque la durée d'étincelle prend une valeur inférieure ou égale à la valeur prédéterminée, le 10 risque de ratés d'allumage devient important et cela est signalé au calculateur. Un changement de bougie peut alors être demandé par affichage sur le tableau de bord du véhicule. En attendant un éventuel changement de bougie, 15 une fois le diagnostic réalisé, la commande de la bobine d'allumage peut être asservie pour maintenir une durée minimale de l'étincelle, assurant ainsi un niveau de combustion satisfaisant qui évite les ratés de combustion. 20 Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel fait en référence aux figures jointes parmi lesquelles : 25 -la figure 1, déjà décrite, représente un système d'allumage électronique de moteur de véhicule selon l'art antérieur ; - la figure 2, déjà décrite, représente un schéma de principe de circuit d'allumage électronique de 30 véhicule selon l'art antérieur ; 2905179 7 la figure 3 représente un schéma de principe de circuit d'allumage électronique de véhicule selon l'invention ; - la figure 4 représente l'évolution de la tension 5 aux bornes du circuit primaire d'allumage ; - la figure 5 représente une première vue de détail de la figure 4. Sur toutes les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments. 10 Description détaillée d'un mode de mise en oeuvre de l'invention. Un mode de mise en oeuvre de l'invention va maintenant être décrit en référence aux figures 3-5. La figure 3 représente un schéma de principe de 15 circuit d'allumage électronique selon l'invention. Les figures 4 et 5 précisent le fonctionnement de l'allumage électronique dans le but d'une meilleure compréhension de l'invention. Outre les éléments déjà décrits en référence à 20 la figure 2, le circuit d'allumage électronique de l'invention comprend une référence de tension Vref, un comparateur analogique 11 et une unité de contrôle et de diagnostic 12. De façon préférentielle, le comparateur analogique 11 est intégré dans le 25 calculateur 6 et l'unité de contrôle et de diagnostic 12 est intégrée dans le microcontrôleur 10. La Fig. 4 représente l'évolution, en fonction du temps, de la tension U présente aux bornes du circuit primaire d'allumage de l'invention. Entre les 2905179 8 instants tO et tl, la tension U est égale à la tension de circuit ouvert ou tension de source qui est la tension de la batterie A. Lorsqu'à l'instant tl l'interrupteur 8 se ferme, la tension chute. Il y a 5 alors établissement d'un courant dans le circuit primaire et en conséquence établissement d'un champ magnétique dans les bobines primaire 9 et secondaire 1. Les bobines primaire et secondaire soumises à cet établissement de champ magnétique sont traversées par 10 un flux magnétique variable entre les instants tl et t2. Lorsque l'interrupteur 8 s'ouvre, le courant qui circule dans le circuit primaire diminue brusquement (typiquement en environ 5 us). Le champ magnétique et le flux disparaissent alors brusquement. Cette 15 variation brutale du flux induit l'apparition à un instant t2 d'une force électromotrice dans les bobines primaire et secondaire. Il apparaît alors un pic de tension P dans le circuit primaire, lequel pic de tension augmente l'induction dans la bobine secondaire. 20 L'énergie restante qui n'est pas suffisante pour le mécanisme de l'arc se dissipe alors dans la bobine secondaire 1 entre les instants t2 et t3. Au-delà de l'instant t3, il y a rétablissement de la tension batterie A. Le circuit est de nouveau ouvert. 25 La figure 5 détaille, entre l'instant t2 et au-delà de l'instant t3, le mécanisme de l'arc représenté en figure 4. Comme cela a été mentionné ci-dessus, lorsque l'interrupteur 8 s'ouvre (instant t2), le courant chute et la tension augmente. Cette 30 augmentation de tension est due à la présence de la self-induction de fuite Sf qui se comporte alors comme 2905179 9 un générateur de courant pour maintenir le flux magnétique qui la traverse. La tension augmente jusqu'à atteindre la tension qui rend la diode Zener passante (tension de clamp). A partir de là, un courant traverse 5 la diode Zener et la tension se maintient aux bornes de l'interrupteur 8. Progressivement, l'énergie contenue dans la self-induction de fuite s'épuise et le courant et la tension diminuent. Le courant secondaire qui circule dans la bobine secondaire charge les 10 condensateurs Cl et C2 du secondaire et la tension s'élève aux bornes de la bougie 2. Lorsque la tension atteint une valeur suffisante, il y a claquage au niveau de la bougie. La tension s'écroule alors au niveau de la bougie car l'arc électrique est déjà 15 établi, lequel arc électrique décharge rapidement les condensateurs Cl et C2. Une fois les condensateurs du secondaire déchargés, la tension augmente et se stabilise autour d'une valeur stable. Dans le cadre de l'invention, le comparateur 20 analogique 11 compare la tension aux bornes de l'interrupteur 8 avec la tension de référence Vref. La tension Vref est sensiblement égale à la tension de clamp. L'information I délivrée par le comparateur 11 est transmisse à l'unité de contrôle et de diagnostic 25 12. Si la tension prélevée aux bornes de l'interrupteur 8 n'atteint pas ou dépasse la tension de référence Vref, le circuit primaire ne fonctionne pas correctement. L'information I qui est délivrée par le 30 comparateur 11 traduit alors le dysfonctionnement du circuit primaire et est mémorisée dans l'unité de 2905179 10 contrôle et de diagnostic 12 qui délivre un signal dl de défaillance de l'étage de commande d'allumage. Le signal dl est alors transmis à un dispositif d'alerte qui informe le chauffeur du véhicule du 5 dysfonctionnement. Si la tension prélevée aux bornes de l'interrupteur 8 atteint la tension de référence Vref, le fonctionnement du circuit primaire est normal et aucun défaut n'est signalé. Selon un perfectionnement de l'invention, 10 l'unité de contrôle et de diagnostic 12 calcule la durée de l'arc de l'étincelle et compare la valeur ainsi calculée à une durée de référence At préalablement enregistrée dans le calculateur 6. A cette fin, la tension aux bornes de l'interrupteur 8 15 est transmise au microprocesseur 10. La durée de l'arc de l'étincelle est la durée comprise entre le pic de tension P et les fluctuations qui précèdent le retour à la tension de batterie (cf. figures 4 et 5). La durée At de référence est choisie pour 20 diagnostiquer un dysfonctionnement de la bougie. Ainsi, si la durée de l'arc calculée par l'unité de contrôle et de diagnostic 12 est inférieure ou égale à At, il est considéré que la bougie ne fonctionne pas correctement alors que, si la durée de l'arc calculée 25 est supérieure à At, il est considéré que la bougie fonctionne correctement. Si la bougie ne fonctionne pas correctement, l'unité de contrôle et de diagnostic 12 délivre un signal d2 de défaillance de la bougie d'allumage. Le signal de défaillance d2 peut alors être 30 utilisé pour déclencher une alarme qui sur le tableau avertit le chauffeur de la nécessité de changer la 2905179 11 bougie d'allumage. Egalement, afin d'éviter des ratés d'allumage, la commande K que délivre par le microcontrôleur 10 peut asservir l'interrupteur 8 afin de maintenir une durée minimale de l'étincelle qui 5 permette d'assurer un niveau de combustion satisfaisant. REVENDICATIONS 1. Dispositif de diagnostic de circuit d'allumage électronique qui comprend un circuit primaire dans lequel un interrupteur (8) est monté en parallèle avec un circuit de référence de tension (Z) apte, dès lors que l'interrupteur s'ouvre, à limiter le courant qui parcourt le circuit primaire pour une valeur prédéterminée de tension aux bornes du circuit de référence de tension, caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens de comparaison (11) qui, dès lors que l'interrupteur s'ouvre, comparent une tension aux bornes de l'interrupteur (8) avec une tension de référence (Vref) sensiblement égale à la valeur prédéterminée de tension et qui délivrent une information de comparaison (I) qui traduit si la tension aux bornes de l'interrupteur est sensiblement égale ou sensiblement différente de la valeur de tension prédéterminée, et une unité de contrôle et de diagnostic (12) qui reçoit sur une première entrée l'information de comparaison (I) et qui délivre un signal d'alerte (dl) si l'information de comparaison traduit que la tension aux bornes de l'interrupteur est sensiblement différente de la valeur de tension prédéterminée. 2. Dispositif de diagnostic de circuit d'allumage électronique selon la revendication 1, dans 30 lequel l'unité de contrôle et de diagnostic (12) 2905179 13 comprend un circuit mémoire qui stocke l'information de comparaison (1). 3. Dispositif de diagnostic de circuit 5 d'allumage électronique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'unité de contrôle et de diagnostic (12) reçoit, sur une deuxième entrée, la tension présente aux bornes de l'interrupteur (8), calcule une durée d'arc d'étincelle à partir de ladite tension et compare 10 ladite durée d'arc d'étincelle avec une durée de référence (At) de sorte que, si la durée d'arc d'étincelle est inférieure ou égale à la durée de référence, l'unité de contrôle et de diagnostic (12) délivre un signal (d2) de défaillance de bougie 15 d'allumage. 4. Dispositif de diagnostic de circuit d'allumage électronique selon la revendication 3, dans lequel, lorsque l'unité de contrôle et de diagnostic 20 (12) délivre un signal (d2) de défaillance de bougie d'allumage, l'unité de contrôle et de diagnostic (12) délivre un signal de commande (K) qui est appliqué à l'interrupteur (8) de façon à maintenir une durée minimale d'arc d'étincelle. 25 5. Système d'allumage électronique de moteur de véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de diagnostic de circuit d'allumage électronique selon l'une quelconque des revendications précédentes.