Brevet FR2953256A1 — publié le 20110603

Procédé et dispositif de commande de charge d'une bobine d'allumage notamment pour un moteur à allumage commandé La présente invention. concerne un dispositif de commande. de charge d' une bobine d'allumage notamment pour un moteur thermique à allumage commandé ainsi qu'un procédé de mise en œuvre associé, L'invention trouvera avantageusement appli,ati le domaine de l'industrie automobile, toutéfOis que partidulièrement prévus.: pour une telle application, 1' invention pourra être utilisée dans .es nombreux antres domaines industriels faisant appel à moteurs à. combustion. interne à allumagecommandé, ARRIERE PLAN DE L'INVEelON Dans un moteur à allumage. commandé, la bougie. d'allumage permet la création d'une étincelle ou arc .1ectrique, grâce à la haute tension fournie. aux électrodes par la bobiné d'allumage_ Cette étincelle permet 1' inflammation du mélange gazeux, libérant ainsi 20 l'énergie_ Poux_ obtenir cF-t étincelle on. Utilise un dispositô de commande de charge , la bobine d' allumage qui permet de contrôler la tension aux. bornes du circuit primaire de bobiné jusquâ l'obtention de la tension 2.5 d'ionisation nécessaire à. la création de l'étincelle, Il est. apparu à la demanderesse que suite aux évolutions techniques réalisées au. niveau de la bobine dallumage et notamment au niveau de leur vitesse. de fonctidnhement, le début de la charge du primaire de la 30 bobine peut sfaecompagher d'ondulations non maîtrisées du courant_ Ces ondulations se traduisent par des a des niveaux de tension au secondaire pouvant générer des étincelles niveau de la bobine dTallumagé avec un risque de. 35 allumage. Le Préùallumage est particulièrement gênant car dans bien IO il induit des. pertes de puissance du rao.t.e.ur, une dégradation des électrodes de la bougie voire une dégradation du moteur La présente invention a pour but de réaliser un dispositif de commande de charge de la bobine d'allumage permettant de limiter ces phénomènes d ondulation et. de maintenir la tension maximale au secondaire sous une .valeur Seuil. OBJET DE L' INVENTION La présente invention e pour objet de présenter un dispositif de commande de charge de la bobine d'allumage permettant de supprimer les risques aCcid.entels d'allumage ou de. préalumage de la boge tout en. permettant tiffe. réaliser une coupure rapide permettant d'assurer la L nsion nécessaire au secondaire de la bobine pour générer une étincelle, Un autr objet de la présente invention de réaliser un circuit électronique comportant un nombre. limité de composants assurant une fiabilité importante. ZQ circuit et de faibles coûts de production. L' INVENTION cet effet l'invention concerne un dispositif ,fie ComMande de charge d'une bobine d'allumage notamment pour un moteur à allumage commandé comportant un étage de conduction, un étage de contrôle de la: charge de le bobine et une bobine d'allumage et tel. que, selon l'invention.. - l'étage de contrôle de I.a charge comprend un. transistor de puissance Q2, deux réaistàneee et P5 3'0 et un microcontrôleur, - 1"étej'? dconduction comporté. un OondenSateur Cl et un transistor Q1 tels que ledit condensateur Cl permet, lors de charge, un ralentissement de la mise eh conduction Qu transistor v , et tel que ledit 35 transistor n permet, une fois rendu passant, là décharge du condensateur Cl, permettant un. blocage rapide transistor Q2 de manière à générer surtension au rima ire de la bobine et une haute tension au secondaire de la bobine apte à produire une étincelle an niveau de la bougie, c' allumage. Selon une caractéristique avantageuse l'étage de conduction comporte en plus du condensateur Cl et dtt transistor QI, trois résistances Ri, et P4, les résistances Ri, P3 et. RA. sont mdres de. sorte que 10 ledit Condensateur Ci. est chargé. au travers de.. la résistance Ri permettant, lors de sa charge, un ralentissement de la mise. en. conduction du transistor. Q.Z. ledit condensateur Cl est ensuite décharge par transistor au travers de la. résistance. lorsque le 15. transistor Q1 est rendu passant par la mise à la. masse de la. résistance R3, permettant un blocage rapide. du transistor Q2, EREVE DESCRIPTION DES DESSINS La. présente invention sera mieux. coMprise à là 20 lecture d'an exemple détaille de réalisation référent aux dessins. .annexés, fourns é titre d'exemple non Parmi lesquels la figure 1 représente un e.,kemple de réalisation d'un circuit électronique. du dispositif de commande. de 25 charge de la bobine d'allumage confo=e à l'invention, la figure 2 représente un relevé d'oscilla. 'ope correspondant au: circuit électronique.. de figurë., la rgure. 3 représente un relevé 'oscilloscope correspondant à un circuit classique de l'état de. la 30 technique. DESCRlPTIGN PEJAlLlEE DE. L'ITVENTION En se reportant principalement à la figu 1, on voit représenté dispositif de. commande de charge 1 d'une borine d'allumage 2, Ce dispositif de commande de charge 1 comprend. ie f-5 un étage de conduction 3, un étage de contrôle 4 de la charge de la bobine et une bobine d'allumage 2 relié à une bougie 5. L'étage de contrôle de la charge 4 comprend un transistor de puissance Q2, deux résistances R2 et R5 et un microcontrôleur, non représenté dans les figures annexées. Le transistor Q2 sera avantageusement un transistor de type bipolaire à grille isolée dit transistor IGBT. Les résistances R2 et R5 sont avantageusement en boîtier de type 0603. La résistance R2 est disposée entre l'étage de conduction 3 et la grille du transistor Q2 de type IGBT. La résistance R5 est disposée entre l'émetteur du transistor Q2 et la masse. Le collecteur du transistor Q2 est relié au primaire de la bobine d'allumage 2. L'étage de conduction 3 comporte une capacité Cl, un transistor Q1 et trois résistances R1, R3 et R4. Dans l'exemple de la figure 1 le transistor Q1 est de type PNP, avantageusement en boîtier SOT23. Le condensateur Cl est un condensateur céramique de type X7R, d'une capacité de l'ordre de 470 nF. Les valeurs des résistances R1 et R3 sont de lkû et celle de la résistance R4 de 4,7 Q. L'étage de conduction 3 comporte deux nœuds Ni et N2, les résistances R1 et R3 sont reliées au premier nœud N1, la résistance R1 étant également reliée au second nœud N2 tandis que la résistance R3 est reliée à la base du transistor Ql. Le condensateur Cl a une armature reliée à la masse et l'autre armature reliée au second nœud N2 auxquels sont reliés également l'émetteur du transistor Ql, la résistance R1 et la résistance R2 de l'étage de contrôle 4. La. résistance R4 est disposée entre fe collecteur du transis tor Qi et la masse. Le. fonctionnement du circuit tel que décrit. o dessus est le suivant, la grille du tranc _s: or Q2 est pilotée par un microcontrleur, non représenté. dans. Lee figures annexées, ledit micreebntrôleur générant une tension E. L'étage de conduction 3 permet de ralentirl mise en conduction du.. transistor de manière à éviter IO des oscillations de courante priai trop importantes pouvant induire au secondaire des tensions supérieures à. IkV qui pourraient engendrer de maniere accidentelle des étincelles au niveau de. la. bougie 5. Pour faire on. utilise le.. condensateur Cl de 15. l'étage de conduction 3. condensateur Cl est charge au travers de résistance Ri par l'application d'une tenson E issue du micros ontr(aleur notamment dé 5V. La tension. aux bornes du condensateur Cl augmenté. avec Une pente dépendant des caractéristiques dé RI et dé Cl. A titre d'exemPl. vec une .çraleur de résistance Ü.I. de 14, et. Une capacité pour Cl de 470 nF la. pente est de 470gs permettant, de fait, de ralentir la mise. n conduction du transistor Q2. La capacité du condensateur Cl est choisie égaiement en fonction. de la valeur d'inductance de la bobine é' ai lumaqe 2, dans l'exemple de la f. .dure c.efte bdbin 2 a une. inductance de 2,4 mH. Le dispositif de. commande. de char 1 permet par conséquent d'eMpêeher les.. surtensions parasites et e3 pêche le. pré-allumage de la. bougie 5. En se reportant aux figures 2. et. 3 on peut comparer deux exemples d'escillogrammes avec a la figure 2 un oscillogramme correspondant à un. dispositif. de. commande de charge tel que. représenté a la figure 1 et à 35 la. figure 3 un oscillogramme correspondant. à un. 20 25 0 e o ositif de commande de charge sans étage de conduction. Sur ces figures, la courbe correspond à la commande issue du. mlorocontrdleur la courbe S correspond à la tension au. secondaire de la bobine, et la courbe au courant au primaire de la bobine. Dans l'exemple de la. figure 3 les oscillations parasites de tension S sont' contenues entre la ligne. hôrizontale en traits mixtes et la ligne horizontale en 1PtilléS, atteignant ainsi 1,5kv, coMpte enu de IO l'échelle employée dans cet eemple Cette valeur est suffisante pour générer un pré-allumage de la bougie 5. Au contraire dans la. figure 2, les oscillations parasites également contenues. entre la ligne horizontale en traits mixtes la. ligne horizontale en pointillés, atteignent ici seulement 0,3kV, compte tenu de l'échelle employée dans cet exemple, Cette valeur ne permet pas de pré-allumage. Le Crouit représente. la. figure 1 permet également une. coupure rapide qui est indise_ énse,ble pou. 20. atteindre une haute tension suffisante 4 l'obtention d'une étincelle. sur mou gie5. Pour ce faire, on. mesure. l'intensité 10 parcourant la bobine 2 et, de préférence, la mesure de 25 cette intensité IQ est effectuée aux bornes de la résistance P5. atteint. Un seul.' une tension. nulle. passage à. la masse de la résistance par mesure de la tension Lorsque cette intensité. microcpnt±ôleur r. llv provoque une Mise Le. transistor QI devient suffisant, à une. tension 30 par conséquent passant et permet une décharge pratiquement instantanée du condensateur Cl travers la résistance La décharge du condensateur. Cl permet blocage. rapide du transistor Q2. La structure de l'étage de conduction 3 permet donc d'empêcher tout retard à 35 coupure de. l'étage de. charge 4 , Ce blocage rapide du. transistor L:s? génère une surtension au primaire de bobine d'allumage 2 et une haute tension au secondaire de la bobine apte à. produire une étincelle au niveau de la bougie d'allumage 5. t'étàge de conduction 3 constitue ainsi en liaison avec 1"état é dé contrôle 4 un.. dispositif de commande de: charge 1 adapté. mou' bobines d'allumage et réalisé à partir d'un circuit électroniqUe comportant un nombre. rédu F- dE composants IO L' invention concerne également Un procédé pour la mise en oeuvre du dispositif de commande de Charge. Ce procédé comporte Ine. première étape dans laquelle o génère une tension jusqu.'a l'Obtention d'un ourant supérieur à un seuil déterminé puis une 15 seconde étape dans laquelle on coupe l'alimentation du micrqcontrôleur permettant de décharger le condensateur Cl, de bloquer le transistor Q2 et e générer s,rension. au niveau du primaire de la bobine. D'aUtrea caractéristiques de L'invention auraient 20 également pu étire envisagées sans pour autant sortir du cadre da l'invehtidn définie par 1es revendications ci-après. REVENDICATIONS1. Dispositif de commande de char d'une bobine d'allumage (2) notamment pour un moteur à. allumage commandé comportant un étage de conduction. U.1, un étage de contrôle (4) de la charge de la bobine ) et [inf.? bobine d'alluMage caractérisé G.Y. ce que l'étage de Contràle (41 de la charge comprend un transistor de puissance Q2, deux r. s stances R2 et RI 1.0. et Un mierocontrôleur, l'étage de conduction (3) comporte un condensateur Cl et un transistor QI tels que ledit condensateur Cl orme lors de sa charge, un ralentissement de la. mise en conduction du. transistor Ç2, 15 et tel que ledit. transistor QI permet, une. fois rendu passant, la décharge du condensateur Cl, permettant un blocage. rapide du transistor Q2. de manière à générer Une surtension ad, primaire de la bobine et. une haUté tension ail secondaire de la .-Odbine apte a produire. une e 20 au niveau de la bougie d'allrrMage (). 2. Dispositif - commande de charge. selon la :Fe revendication 1 dans lequel l'étagé de conduction (3)comporte, en outre, trois résistances RI, R3. , R4, les résistances Ri, R3 et R4 étant montées de .sorte 'que 25 - ledit condensateur Cl est chargé au travers de résistance RI permettant, lors de sa Charge, un ralentissement de la mise en conduction du transistor Q2. - ledit condensateur Cl est ensui 4e décharge par le trans iâtor i, au travers de la réslstànde R4, IorSqué 30 le transistor QI. est rendn passant par la mise à la masse de la. résista~ de Rsf permettant un blocage rapide du transistor. 0 2e 3. Dispositif de commande de charge selon l'une oui l'autre des revendications 1 et 2 dans lequel le 35. transistor de puissance 02- est ce type. ransi.storbipolaire à grille isolée dit transistor IGBT. 4. Dispositif de commande de charge selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel : - la résistance R2 est disposée entre l'étage de conduction (3) et la grille du transistor Q2, - la résistance R5 est reliée à la borne émettrice du transistor Q2, la bobine d'allumage est reliée à la borne collectrice du transistor Q2. 5. Dispositif de commande de charge selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel le transistor Q2 est contrôlé par un microcontrôleur en fonction de la tension mesurée aux bornes de R5. 6. Dispositif de commande de charge selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le transistor Q1 est de type PNP. 7. Dispositif de commande de charge selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le condensateur Cl a une capacité déterminée en fonction des caractéristiques de la bobine (2). 8. Dispositif de commande de charge selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le condensateur Cl a une capacité de 470nF et la résistance R1 une résistance de lkû permettant d'obtenir, lors de la charge du condensateur Cl, une tension croissante aux bornes du condensateur selon une pente de 470µs. 9. Procédé pour la mise en œuvre d'un dispositif de commande de charge selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel on réalise une première étape dans laquelle on génère à partir d'un microcontrôleur une tension E jusqu'à l'obtention d'un courant IQ, dans la bobine, supérieur à un seuil déterminé puis une seconde étape dans laquelle on coupe l'alimentation du microcontrôleur permettant de décharger la capacité Cl, de bloquer le transistor Q2 et de générer la surtension au niveau du primaire de la bobine.