Brevet FR2922271A1 — publié le 20090417

La présente invention concerne un dispositif de détection d'un dysfonctionnement d'un système de production d'étincelles, tel que notamment un système d'allumage de moteur thermique d'entraînement d'un véhicule automobile. Du fait du développement des systèmes OBD (On-Board Diagnostic) ainsi que de l'impact que présente l'extension des durées de garantie sur les composants des systèmes d'allumage, il existe un besoin pour diagnostiquer au plus tôt les problèmes pouvant survenir au niveau de ces systèmes et de suivre également les usures de composants tels que les bougies d'allumage. Ainsi, il existe un besoin pour permettre de réaliser simplement une surveillance active du périmètre de la fonction d'allumage avec un point fort sur la détection de risques sécuritaires tels qu'une déconnexion des faisceaux d'allumage pouvant induire un risque d'incendie du véhicule. En effet, la déconnexion entre le faisceau d'allumage et la bobine d'allumage ou la bougie peut être considérée comme un risque sécuritaire du fait de la dangerosité d'avoir une étincelle électrique dans un milieu pouvant contenir des vapeurs d'hydrocarbure. Le but de l'invention est de fournir un dispositif de détection d'un dysfonctionnement atteignant les buts identifiés précédemment et permettant d'améliorer les systèmes de production d'étincelles connus de l'art antérieur. En particulier, l'invention propose un dispositif de détection d'un dysfonctionnement simple permettant de détecter et éventuellement de déterminer la nature d'un dysfonctionnement d'un système d'allumage. Le dispositif selon l'invention permet de détecter un dysfonctionnement d'un système de production d'étincelles. Il est caractérisé en ce qu'il MS\RENO35FR.dpt comprend des moyens de détermination d'au moins une composante de la signature électromagnétique du système de production d'étincelles. Les moyens de détermination peuvent comprendre un capteur de 5 caractéristiques de signature électromagnétique du système de production d'étincelles. Le capteur, de préférence un fil, peut être relié à un faisceau électrique du système de production d'étincelles par un couplage galvanique ou un 10 couplage capacitif ou un couplage inductif. Les moyens de détermination peuvent comprendre un moyen pour déterminer au moins une composante de signature électromagnétique du système de production d'étincelles à partir d'un signal fourni par le 15 capteur. Le moyen pour déterminer au moins une composante de signature électromagnétique du système de production d'étincelles peut comprendre un détecteur d'enveloppe. Le détecteur d'enveloppe peut comprendre une diode, une résistance et un condensateur. Le moyen pour déterminer au moins une composante de signature 25 électromagnétique du système de production d'étincelles peut comprendre un moyen de mesure du niveau d'un signal issu du moyen détecteur d'enveloppe ou un moyen de comparaison du niveau d'un signal issu du moyen détecteur d'enveloppe à un seuil. 30 Selon l'invention, le système d'allumage commandé d'un moteur thermique comprend un dispositif de détection défini précédemment. MS\RENO35FR.dpt 20 3 Selon l'invention, le véhicule automobile comprend un système d'allumage commandé défini précédemment. Le procédé selon l'invention permet de détecter un dysfonctionnement d'un système de production d'étincelles. Il est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : détermination d'au moins une composante de la signature électromagnétique du système de production d'étincelles, comparaison de cette composante avec la composante de la signature produite lorsque le système de production d'étincelle fonctionne correctement, déduction, de l'étape précédente de comparaison, d'existence ou d'absence de dysfonctionnement du système de production d'étincelles et, le cas échéant et éventuellement, la nature du dysfonctionnement. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation d'un dispositif de détection d'un dysfonctionnement d'un système de production d'étincelles selon l'invention. La figure 1 est un schéma électrique d'un système d'allumage comprenant un mode de réalisation d'un dispositif de détection d'un dysfonctionnement d'un système de production d'étincelles selon l'invention. 25 Le système d'allumage 1, représenté à la figure 1, est destiné à commander l'allumage d'un moteur à combustion, notamment un moteur à combustion d'entraînement d'un véhicule automobile. Il permet de fournir, aux moments opportuns, l'énergie électrique nécessaire à la 30 production d'étincelles entre les électrodes de bougies d'allumage. MS\RENO35FR.dpt20 Un tel système comprend principalement un calculateur 2 pilotant une bobine d'allumage 7 par l'intermédiaire d'un faisceau électrique 4 muni de deux connecteurs: un premier connecteur pour la connexion du faisceau au calculateur 2 et un deuxième pour la connexion du faisceau à la 5 bobine 7. Le faisceau électrique est en outre connecté à une batterie 3 alimentant le système en énergie électrique. Le calculateur comprend un microprocesseur 11 commandant un interrupteur commandé 12 tel qu'un transistor (aussi appelé driver 10 d'allumage). Ce transistor est branché en série avec un enroulement primaire 8 de la bobine d'allumage entre les bornes de la batterie. Ainsi, lorsque, dans un premier temps, le calculateur commande la fermeture de l'interrupteur par l'intermédiaire d'une sortie 22, un courant circule du pôle positif de la batterie vers l'enroulement primaire 8 et ressort de 15 l'enroulement primaire pour rejoindre la masse au travers du transistor 12. Durant cette phase, la bobine 7 emmagasine de l'énergie électrique. A un moment opportun (relativement à la position du vilebrequin du moteur pour que la conversion de l'énergie thermique de combustion en 20 énergie mécanique soit optimale), le microprocesseur commande l'ouverture du transistor d'allumage, le courant circulant dans l'enroulement primaire est alors brutalement arrêté et une haute tension est alors produite aux bornes de l'enroulement secondaire 9 de la bobine 7. Ceci provoque un potentiel électrique important au niveau d'une borne 25 10 de la bobine. Cette borne étant reliée à une électrode d'une bougie d'allumage dont l'autre électrode est reliée à la masse, il se produit une étincelle entre les électrodes. Un tel système d'allumage entraîne des gradients de tension et des 30 courants importants. Il constitue donc intrinsèquement un réel générateur de fréquences à large spectre. Cependant, du fait de normes obligeant MS\RENO35FR.dpt de limiter les émissions électromagnétiques de tout système (normes CEM de compatibilité électromagnétique), les niveaux de parasitage du système d'allumage sont connus, testés et éventuellement ramenés en dessous de seuils par des dispositifs de filtrage adaptés. Une défaillance ou un dysfonctionnement au niveau des composants du système d'allumage conduit généralement à une augmentation importante du niveau de parasitage, car le système n'est alors plus filtré spécifiquement. 10 Par exemple, un perçage du faisceau haute-tension ou une fissuration d'une bougie conduit à la production d'étincelles avec des éléments conducteurs du moteur relié à la masse du moteur ou à tout autre potentiel électrique faible. Ces étincelles (qui sont des phénomènes 15 violents) sont produites à l'air libre et non plus dans la cage de faraday que peuvent constituer les chambres de combustion du moteur. II y a donc une augmentation importante du niveau de parasitage du système d'allumage et une modification sensible de la signature électromagnétique du système d'allumage. 20 L'invention propose donc de détecter d'éventuelles modifications de la signature électromagnétique du système d'allumage pour en déduire des dysfonctionnements du système d'allumage. Par signature électromagnétique, on entend le spectre (niveau-fréquence) des ondes 25 électromagnétiques rayonnées dans l'air ou dans tout autre milieu comme notamment les différents composants constituant le système d'allumage. On privilégiera une étude des niveaux des signaux haute-fréquence émis par le système d'allumage. 30 Pour permettre une telle détection de ces dysfonctionnements, on utilise un dispositif de détection objet de l'invention. Il comprend des moyens 24 MS\RENO35FR.dpt5 de détermination d'au moins une composante de la signature électromagnétique du système d'allumage. De préférence, ces moyens de détermination comprennent un capteur de perturbations à analyser ou un capteur 14 de caractéristiques de signature électromagnétique et une unité 13 de traitement des signaux reçus par le capteur. Le capteur est de préférence disposé dans le compartiment moteur, par exemple à proximité de la bobine. Il peut être relié à un composant du système d'allumage comme le faisceau électrique par un couplage galvanique ou inductif ou capacitif. Le capteur peut également et avantageusement capter les signaux parasites à l'intérieur du calculateur sur une borne ou une piste du transformateur en liaison avec la bobine d'allumage. En effet, lorsqu'une étincelle se produit, le choc électrique qu'elle entraîne se propage par les capacités, inductances et résistances des différents composants du système pour remonter à la borne 10 de la bobine d'allumage puis à l'enroulement primaire de la bobine et au travers du faisceau électrique 4. On retrouve donc un signal parasite à fréquence élevée sur le drain ou le collecteur 23 du transistor 12. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, le capteur n'est qu'un simple fil électrique connecté à une borne du transistor 12. L'unité 13 de traitement des signaux reçus par le capteur est de 25 préférence réalisée en deux parties et est avantageusement intégrée au calculateur. Une première partie 15 comprend d'éventuels filtres 15a afin de limiter l'observation des signaux parasites aux plages de fréquences les plus 30 intéressantes du spectre de perturbation mais aussi un dispositif 15b de mise en forme des signaux parasites pouvant être un détecteur MS\RENO35FR.dpt d'enveloppe. Par exemple, le signal issu du capteur transite au travers d'un condensateur 18 qui a pour but d'effectuer un filtrage pour ne laisser passer que les fréquences élevées. Par exemple, le dispositif de mise en forme des signaux parasites peut comprendre un détecteur d'enveloppe comprenant en entrée l'anode d'une diode rapide 19 alors que la sortie est connectée à la cathode de la diode rapide, une résistance 20 et un condensateur 21 étant en outre connectés en parallèle entre cette cathode et la masse électrique. Le signal issu de ce dispositif de mise en forme des signaux parasites attaque une entrée 25 du microprocesseur. Une deuxième partie 16 peut être intégrée au microprocesseur 11 et comprend un dispositif de mesure du niveau du signal issu du dispositif de mise en forme des signaux parasites. Ce dispositif de mesure du niveau du signal est connecté à des moyens logiciels 17 comprenant par exemple des programmes informatiques pour effectuer des traitements et déclencher des actions lorsqu'un seuil de niveau de parasites est dépassé, par exemple, allumer un voyant sur le tableau de bord du véhicule pour signifier au conducteur un dysfonctionnement du système d'allumage. Ainsi, les moyens permettent de déterminer une composante de la signature électromagnétique du système en mesurant cette composante ou en détectant que cette composante est supérieure à un seuil donné. Par composante, on entend par exemple le niveau d'un signal électrique ou magnétique parasite à une fréquence donnée ou dans une plage de fréquences données. Si possible, on mesure ou on détecte les niveaux des signaux parasites à plusieurs fréquences données ou sur plusieurs plages de fréquences données. MS\RENO35FR.dpt Pour détecter ou mesurer le niveau des parasites à des fréquences ou sur des plages de fréquences particulières, des filtres sont utilisés. En fonction de ces mesures et/ou détection on peut même définir la nature des dysfonctionnements. II est par exemple possible de suivre et de prévenir de l'usure maximum des bougies d'allumage du fait d'un niveau de parasitage croissant lié à une augmentation progressive de la tension nécessaire pour produire l'étincelle. Le dispositif de détection 24 représenté à la figure 1 n'est qu'un exemple, d'autres solutions fonctionnant selon le principe de l'invention pouvant être réalisées. Le dispositif de détection selon l'invention permet de s'assurer de manière rapide, peu couteuse et très simple et sans une électronique lourde, qu'il n'y a pas de détérioration des composants allumages. II peut donc s'inscrire dans les différents tests OBD. Le dispositif permet également de suivre l'évolution de l'usure des bougies d'allumage afin de prévenir de la nécessité de leur remplacement. La taille de ce dispositif est très réduite. II peut donc aisément être intégré dans un calculateur d'un véhicule automobile. Le dispositif décrit précédemment permet de mettre en oeuvre un procédé de détection d'un dysfonctionnement d'un système de production d'étincelles. Un tel procédé comprend principalement les étapes suivantes : MS\RENO35FR.dpt25 une étape de détermination d'au moins une composante de la signature électromagnétique du système de production d'étincelles, une étape de comparaison de cette composante avec la composante de la signature produite lorsque le système de production d'étincelle fonctionne correctement, et une étape de déduction d'existence ou d'absence de dysfonctionnement du système de production d'étincelles. Eventuellement, la nature du dysfonctionnement peut aussi être déterminée. MS\RENO35FR. dpt Revendications : 1. Dispositif (24) de détection d'un dysfonctionnement d'un système (1) de production d'étincelles, caractérisé en ce qu'il comprend des 5 moyens (13) de détermination d'au moins une composante de la signature électromagnétique du système de production d'étincelles. 2. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détermination comprennent un capteur (14) de 10 caractéristiques de signature électromagnétique du système de production d'étincelles. 3. Dispositif de détection selon la revendication 2, caractérisé en ce que le capteur, de préférence un fil, est relié à un faisceau 15 électrique (4) du système de production d'étincelles par un couplage galvanique ou un couplage capacitif ou un couplage inductif. 4. Dispositif de détection selon l'une des revendications 2 à 3, 20 caractérisé en ce que les moyens de détermination comprennent un moyen (15, 16) pour déterminer au moins une composante de signature électromagnétique du système de production d'étincelles à partir d'un signal fourni par le capteur. 25 5. Dispositif de détection selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen pour déterminer au moins une composante de signature électromagnétique du système de production d'étincelles comprend un détecteur d'enveloppe (15b). 30 6. Dispositif de détection selon la revendication 5, caractérisé en ce que le détecteur d'enveloppe comprend une diode (19), une résistance (20) et un condensateur (21). MS\RENO35FR.dpt 10 7. Dispositif de détection selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le moyen pour déterminer au moins une composante de signature électromagnétique du système de production d'étincelles comprend un moyen de mesure du niveau d'un signal issu du moyen détecteur d'enveloppe ou un moyen de comparaison du niveau d'un signal issu du moyen détecteur d'enveloppe à un seuil. 8. Système (1) d'allumage commandé d'un moteur thermique comprenant un dispositif (24) de détection selon l'une des revendications précédentes. 9. Véhicule automobile comprenant un système d'allumage commandé selon la revendication 8. 15 10. Procédé de détection d'un dysfonctionnement d'un système (1) de production d'étincelles, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : détermination d'au moins une composante de la signature 20 électromagnétique du système de production d'étincelles, comparaison de cette composante avec la composante de la signature produite lorsque le système de production d'étincelle fonctionne correctement, déduction, de l'étape précédente de comparaison, d'existence 25 ou d'absence de dysfonctionnement du système de production d'étincelles et, le cas échéant et éventuellement, la nature du dysfonctionnement. MS\RENO35FR.dpt