Brevet FR2928421A3 — publié le 20090911

FR 2928421 A3 20090911 FR 0801167 A 20080304 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. En outre, un incident tel qu'une déconnexion du faisceau d'allumage peut avoir un impact direct au niveau de la durée de vie donc de Ja fiabilité des composants d'allumage car la tension générée par la bobine d'allumage peut alors dépasser les tensions de tenues diélectrique des composants du système d'allumage. 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 MS\REN054FR.dpt d'un dysfonctionnement simple permettant de détecter et éventuellement de déterminer la nature d'un dysfonctionnement d'un système d'allumage, notamment les déconnexions du faisceau d'allumage. Selon l'invention, le dispositif de détection d'un dysfonctionnement d'un système de production d'étincelles est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection de l'apparition d'une surtension au niveau d'une bobine d'allumage. Les moyens de détection peuvent comprendre une diode zener montée en série avec une résistance. Les moyens de détection peuvent comprendre un diviseur de tension de type résistif ou de type capacitif. La sortie du pont diviseur de tension peut être connectée à un détecteur de seuil de tension. Le dispositif de détection peut comprendre des moyens de limitation des 20 surtensions au niveau de la bobine d'allumage. Les moyens de limitation peuvent comprendre une diode zener. La diode zener peut être connectée de manière à limiter la tension aux 25 bornes de l'enroulement primaire de la bobine d'allumage lorsque celle-ci dépasse un seuil déterminé. Selon l'invention, le système d'allumage commandé d'un moteur thermique comprend un dispositif de détection défini précédemment. MS\REN054FR.dpt 30 Selon l'invention, le véhicule automobile comprend un système d'allumage commandé défini précédemment. Selon l'invention, le procédé de détection d'un dysfonctionnement d'un 5 système de production d'étincelles est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : évaluation d'une tension aux bornes de l'enroulement primaire de la bobine d'allumage, comparaison de cette tension avec une tension seuil, 10 déduction, de l'étape précédente de comparaison, de l'existence ou de l'absence de dysfonctionnement du système de production d'étincelles et, le cas échéant et éventuellement, la nature du dysfonctionnement. 15 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 20 comprenant un mode de réalisation d'un dispositif de détection d'un dysfonctionnement d'un système de production d'étincelles selon l'invention. L'invention repose sur le principe décrit ci-après. Lors de la déconnexion 25 du faisceau d'allumage moteur côté bobine ou bougie, il y a une variation de la charge électrique que voit l'enroulement secondaire de la bobine d'allumage. D'une manière simplifiée, la charge que constituent le faisceau d'allumage et la bougie pourrait être représentée en première approximation par un condensateur (ayant une capacité entre 10 et 50pF 30 suivant les systèmes) en parallèle avec une diode zener dont la tension Zener vaut 20KV (ou est inférieure à 30KV). MS\REN054FR.dpt Lors de la déconnexion de cette charge, la perte de la capacité liée à cette charge fait que la tension aux bornes du secondaire de la bobine d'allumage augmente plus rapidement que la normale et que la tension maximum atteinte est alors plus élevée. De plus, dans le cas d'une déconnexion, le modèle équivalent ne comporte plus de diode zener : ainsi, la tension secondaire de la bobine n'est pas limitée et peut potentiellement prendre des valeurs dangereuses pour la fiabilité des composants du système d'allumage, la tension au secondaire de la bobine d'allumage étant proportionnelle à la tension au primaire de la bobine d'allumage. Le dispositif de détection de dysfonctionnement utilise la détection de ces conséquences pour déterminer la présence ou l'absence de 15 dysfonctionnement. 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 20 fournir, aux moments opportuns, l'énergie électrique nécessaire à la production d'étincelles entre les électrodes de bougies d'allumage. Un tel système comprend principalement un calculateur 2 pilotant une bobine d'allumage 7 par l'intermédiaire d'un faisceau électrique 4 muni de 25 deux connecteurs: un premier connecteur 6 pour la connexion du faisceau au calculateur 2 et un deuxième pour la connexion 5 du faisceau à la bobine 7. Le faisceau électrique est en outre connecté à une batterie 3 alimentant le système en énergie électrique. 30 Le calculateur comprend un microprocesseur 11 commandant un interrupteur commandé 12 tel qu'un transistor (aussi appelé driver MS\REN054FR.dpt 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 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 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 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. En cas de déconnexion du faisceau d'allumage comme représenté sur la figure (pas de faisceau partant de la borne 10 de la bobine d'allumage 7, la tension aux bornes de l'enroulement secondaire de la bobine va atteindre une valeur supérieure à la normale. Cette surtension sur l'enroulement secondaire a pour conséquence une surtension sur l'enroulement primaire et qui se retrouve également sur le faisceau 4. Le rapport entre la tension de l'enroulement primaire et celle de l'enroulement secondaire est fixé par le rapport de transformation de la bobine 7. Ainsi, afin de limiter la tension de l'enroulement secondaire, la tension de l'enroulement primaire est limitée. Pour ce faire, on utilise un dispositif de MS\REN054FR.dpt détection de dysfonctionnement comprenant une diode zener ou transi) 14 branchée en parallèle de l'interrupteur commandé 12. De ce fait, dès que la tension de l'enroulement primaire dépasse un seuil intrinsèque à la diode : sa tension inverse, celle-ci devient passante. La tension inverse de la diode est typiquement comprise entre 300 V et 400 V ; elle est choisie en fonction du système d'allumage à protéger. En première approche, cette tension inverse doit être inférieure à la tension maximale de l'enroulement secondaire divisée par le rapport de transformation de la bobine. Dans ce cas, l'excédent d'énergie qui permettrait d'obtenir une tension d'enroulement secondaire plus élevée est écoulé vers la masse au travers de la diode 14. Une résistance 23 ou tout autre dispositif permettant de détecter un courant est disposé en série entre la diode et la masse. En effet, la détection d'un courant circulant dans cette résistance 23 ou ce dispositif est une information synonyme de limitation de tension, c'est-à-dire d'existence d'un dysfonctionnement dans le système d'allumage. Cette information est fournie au calculateur 2 sous forme d'une tension via une entrée 17. Cette information peut être amplifiée si nécessaire. Toute autre logique adaptée autre que le calculateur peut aussi traiter cette information. L'information peut évidemment être traduite pour un allumage d'un voyant 16, un envoi vers d'autres systèmes, ou un arrêt ou une activation de différentes fonctions dans le cas d'une intégration dans un calculateur moteur. Une deuxième diode zener est connectée en parallèle de la résistance 23 ou de tout autre dispositif, elle permet une protection contre d'éventuelles surtensions. MS\REN054FR.dpt30 Dans une première variante de réalisation (non représentée), il n'y a pas de diode zener ou transit, mais simplement un moyen de mesure ou d'évaluation de la tension de l'enroulement primaire et de comparaison de cette tension à un seuil pour détecter un éventuel dysfonctionnement. Le moyen de mesure ou d'évaluation comprend par exemple un pont diviseur de tension par exemple connecté aux bornes de l'interrupteur commandé 12. Ce pont diviseur peut par exemple être de type résistif ou capacitif. Dans une deuxième variante, la diode zener ou transit est utilisée mais il n'y a pas de moyen pour traduire et transmettre l'information selon laquelle un dysfonctionnement du système rend passante la diode 14. Dans une troisième variante, la diode zener ou transil est disposée à un autre endroit, comme par exemple entre les bornes de l'enroulement primaire ou entre la borne de l'interrupteur commandé et un référentiel du calculateur. Le dispositif de détection objet de l'invention permet de s'assurer de manière rapide et très simple, et sans une électronique lourde qu'il n'y a pas de risque de détérioration des composants du système d'allumage. II peut donc s'inscrire dans les différents tests OBD. L'utilisation de ce dispositif pour la surveillance de l'allumage a également un rôle sécuritaire : celui de ne pas laisser perdurer des déconnexions du faisceau d'allumage qui pourraient provoquer des incendies. En fonction des détections, 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'une détection d'une augmentation progressive de la tension nécessaire pour produire l'étincelle. En effet, cette tension peut croître jusqu'à l'apparition de ratés MS\REN054FR.dpt d'allumage. Ceci permet de prévenir de la nécessité du remplacement des bougies. Enfin, le dispositif est de taille très réduite et peut donc aisément être intégré dans le calculateur moteur d'un véhicule. 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 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 : une étape d'évaluation d'une tension aux bornes de l'enroulement primaire de la bobine d'allumage, une étape de comparaison de cette tension avec une tension seuil, et une étape de déduction, de l'étape précédente de comparaison, de l'existence ou de l'absence de dysfonctionnement du système de production d'étincelles. Eventuellement, la nature du dysfonctionnement peut aussi être déterminée. MS\REN054FR.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 moyens (14, 23) de détection de l'apparition d'une surtension au niveau d'une bobine d'allumage. 2. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent une diode zener (14) montée en série avec une résistance (23). 3. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent un diviseur de tension de type résistif ou de type capacitif. 4. Dispositif de détection selon la revendication 3, caractérisé en ce que la sortie du pont diviseur de tension est connectée à un détecteur de seuil de tension. 20 5. Dispositif de détection selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (14, 15) de limitation des surtensions au niveau de la bobine d'allumage. 6. Dispositif de détection selon l'une des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce que les moyens de limitation comprennent une diode zener (14). 7. Dispositif de détection selon la revendication 6, caractérisé en ce que la diode zener est connectée de manière à limiter la tension 30 aux bornes de l'enroulement primaire de la bobine d'allumage lorsque celle-ci dépasse un seuil déterminé. MS\REN054FR.dpt 915 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 9. 10. Procédé de détection d'un dysfonctionnement d'un système (1) de 10 production d'étincelles, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : évaluation d'une tension aux bornes de l'enroulement primaire de la bobine d'allumage, comparaison de cette tension avec une tension seuil, 15 déduction, de l'étape précédente de comparaison, de l'existence ou de l'absence de dysfonctionnement du système de production d'étincelles et, le cas échéant et éventuellement, la nature du dysfonctionnement. 20 MS\REN054FR.dpt