Brevet FR2999859A1 — publié le 20140620

L'invention appartient au domaine du contrôle de l'injection dans les véhicules automobiles, et concerne plus particulièrement un circuit de chauffage d'une sonde lambda. Selon l'art antérieur, une sonde lambda (également appelée « sonde 02 ») est 5 utilisée dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile pour mesurer la teneur en oxygène de gaz brulés. La mesure effectuée par la sonde lambda permet au système de contrôle et de pilotage de l'injection de contrôler en boucle fermée les proportions respectives d'un mélange comburant / carburant à l'intérieur du moteur à combustion interne du véhicule automobile afin que l'efficacité dudit 10 moteur à combustion interne soit optimale. La sonde lambda fonctionne de manière optimale à partir d'un seuil de température Tt de l'ordre de 300°C. A partir de ce seuil de température Tt, la sonde lambda fournit rapidement des mesures suffisamment précises. Lorsque la température de la sonde est inférieure au seuil de température Tt, un circuit de chauffage chauffe la 15 sonde lambda afin d'obtenir plus rapidement une température de fonctionnement égale ou supérieure audit seuil de température I. Typiquement, ce genre de situation se produit sur un moteur à combustion interne froid, au démarrage par exemple. La figure 1 représente schématiquement un circuit de chauffage 100 selon l'art antérieur. Ledit circuit de chauffage 100 comporte un élément chauffant 101 ayant 20 une première borne reliée à une batterie 102 du véhicule automobile et une deuxième borne reliée à un module de commande 103. Le module de commande 103 comporte un commutateur électronique 104 ayant une première borne reliée à l'élément chauffant 101 et une deuxième borne reliée à la masse. Le module de commande 103 comporte en outre une unité de commande 105 commandant ledit commutateur électronique 104. 25 Lorsque la température de la sonde lambda est inférieure au seuil de température Tt, l'unité de commande 105 ferme le commutateur électronique 104 et un courant circule dans l'élément chauffant 101 qui produit alors de la chaleur permettant de chauffer la sonde lambda. L'élément chauffant 101 est de faible impédance, de l'ordre de quelques ohms à quelques dizaines d'ohms. Cette impédance varie en fonction de la 30 température dudit élément chauffant 101. Typiquement, la valeur de l'impédance de l'élément chauffant 101 varie entre environ 1,5 0 lorsque l'élément chauffant 101 est froid, c'est-à-dire lorsque la température dudit élément chauffant 101 est sensiblement comprise entre - 30°C et - 20°C, et environ 150 ohms lorsque l'élément chauffant 101 est chaud, c'est-à-dire lorsque la température dudit élément chauffant 101 est 35 sensiblement comprise entre 350°C et 600°C. La figure 2 montre une courbe 200 représentant la variation de l'intensité du courant I traversant l'élément chauffant 101 en fonction du temps t, au cours d'une phase de chauffage au début de laquelle ledit élément chauffant 101 est froid. Comme le montre ladite courbe 200, la variation d'impédance de l'élément chauffant 101 implique une variation de l'intensité du courant traversant l'élément chauffant 101. Durant les premières secondes l'intensité traversant l'élément chauffant 101 peut atteindre une dizaine d'ampères, la tension fournie par la batterie 102 étant comprise entre 12 V et 14V. Ensuite, l'intensité du courant traversant l'élément chauffant 101 diminue progressivement jusqu'à une valeur égale à environ 1 A ou 2 A après 10 s ou 15 s. Le commutateur électronique 104 doit être dimensionné pour le pire cas, c'est- à-dire qu'il doit être capable de supporter un courant de 10 A. Il est donc de taille importante. En outre, le module de commande 103 comporte un système de détection de surintensité de courant, afin de protéger le commutateur électronique 104 d'un éventuel court-circuit. Cependant, lorsque la température est très basse, le courant traversant l'élément chauffant 101 peut atteindre une intensité très élevée entrainant l'ouverture, par le système de détection de surintensité de courant, du commutateur électronique 104 pour protéger ledit commutateur électronique 104 du module de commande 103. Lorsque le courant revient à une valeur nulle, l'unité de commande 105 du module de commande 103 commande à nouveau une fermeture du commutateur électronique 104. Cette suite d'ouverture / fermeture du commutateur électronique 104 peut se répéter. Cette succession de détection de surintensité de courant a pour effet de fragiliser le commutateur électronique 104. En outre, les fermetures et ouvertures successives augmentent la durée de chauffe de la sonde lambda par le circuit de chauffage 100. L'invention a pour but de résoudre tout ou partie des problèmes susmentionnés. A cette fin, l'invention concerne un circuit de chauffage d'une sonde lambda, ledit circuit de chauffage comportant un élément chauffant adapté à produire de la chaleur lorsqu'un courant traverse ledit élément chauffant, remarquable en ce que le circuit de chauffage comporte en outre une source de tension pilotable adaptée à générer une tension variable aux bornes de l'élément chauffant et une unité de commande configurée pour commander ladite source de tension pilotable de sorte à générer une tension variable assurant que le courant traversant ledit élément chauffant est d'intensité inférieure ou égale à une valeur seuil prédéfinie. Dans des modes particuliers de réalisation, le circuit de chauffage peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, lesquelles peuvent être considérées individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante. Avantageusement, le circuit comporte un moyen adapté à mesurer le courant traversant l'élément chauffant, l'unité de commande étant configurée pour commander ladite source de tension pilotable de sorte à générer, aux bornes dudit élément chauffant, une tension variable déterminée en fonction de mesures de courant effectuées par ledit moyen adapté à mesurer le courant traversant l'élément chauffant. Avantageusement, le circuit comporte un moyen adapté à mesurer la température de la sonde lambda, l'unité de commande étant configurée pour commander ladite source de tension pilotable de sorte à générer, aux bornes dudit élément chauffant, une tension variable déterminée en fonction de mesures de température effectuées par ledit moyen adapté à mesurer la température de la sonde lambda. Avantageusement, la source de tension pilotable comporte un convertisseur de tension continue en tension continue destiné à être branché à une source de tension continue. Avantageusement, le convertisseur de tension continue en tension continue est un convertisseur à découpage abaisseur de tension comportant un élément inductif, une diode de roue libre et un commutateur électronique commandé par l'unité de commande, ledit commutateur électronique étant commandé au moyen d'un signal à modulation de largeur d'impulsion dont le rapport cyclique est déterminé en fonction de ladite tension variable déterminée. Avantageusement, le circuit comporte une pluralité d'éléments chauffants branchés en parallèle, chacun desdits éléments chauffants étant associé à une sonde lambda dédiée et chacun desdits éléments chauffants étant associé à un commutateur électronique dédié. L'invention concerne également un procédé de chauffage d'une sonde lambda 25 destiné à être mis en oeuvre par un circuit de chauffage comportant un élément chauffant adapté à produire de la chaleur lorsqu'un courant traverse ledit élément chauffant, ledit procédé étant remarquable en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - génération d'une tension variable aux bornes de l'élément chauffant par une source de tension pilotable, ladite tension variable augmentant progressivement 30 au cours de phases de chauffage de la sonde lambda jusqu'à atteindre une tension nominale, - commande de la source de tension pilotable par une unité de commande de sorte à assurer que le courant traversant l'élément chauffant est d'intensité inférieure ou égale à une valeur seuil prédéfinie. 35 Dans des modes particuliers de mises en oeuvre, le procédé peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, lesquelles peuvent être considérées individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante. Avantageusement, l'augmentation progressive de la tension variable générée aux bornes de l'élément chauffant par la source de tension pilotable suit un profil de tension prédéfini. Avantageusement, le procédé comporte des étapes consistant à: a) mesurer la température de la sonde lambda et/ou le courant traversant l'élément chauffant, b) déterminer une tension variable à générer aux bornes de l'élément chauffant en fonction de la mesure de température et/ou en fonction de la mesure de courant, c) générer la tension variable déterminée aux bornes de l'élément chauffant au moyen de la source de tension pilotable. Avantageusement, le procédé comporte des étapes consistant à: d) mesurer la température de la sonde lambda, e) sélectionner un profil de tension prédéfini parmi un ensemble de profils de tension prédéfinis en fonction de la température de la sonde lambda, f) générer une tension variable suivant ledit profil de tension prédéfini. Avantageusement, la source de tension pilotable étant un convertisseur à découpage abaisseur de tension relié à une source de tension continue, la tension 20 variable déterminée est générée en commandant un commutateur électronique dudit convertisseur à découpage abaisseur de tension au moyen d'un signal à modulation de largeur d'impulsion dont le rapport cyclique est déterminé en fonction de ladite tension variable déterminée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, 25 donnée à titre d'exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures qui représentent : - Figure 1 : une représentation schématique d'un circuit de chauffage de sonde lambda selon l'état de l'art ; - Figure 2 : une représentation graphique de l'intensité d'un courant 30 traversant un élément chauffant d'un circuit de chauffage de sonde lambda selon l'état de l'art en fonction du temps ; - Figure 3: une représentation schématique d'un circuit de chauffage de sonde lambda selon un exemple de réalisation de l'invention ; - Figure 4: une représentation schématique d'un circuit de chauffage de 35 sonde lambda selon un exemple de réalisation de l'invention ; - Figure 5: une représentation graphique de la tension aux bornes d'un élément chauffant d'un circuit de chauffage de sonde lambda selon un exemple de réalisation de l'invention ; - Figure 6: une représentation schématique d'un circuit de chauffage de plusieurs sondes lambda selon un exemple de réalisation de l'invention. Dans ces figures, des références identiques d'une figure à une autre désignent des éléments identiques ou analogues. Pour des raisons de clarté, les éléments représentés ne sont pas à l'échelle, sauf mention contraire. La figure 3 montre un circuit de chauffage 300, conforme à l'invention, d'une sonde lambda comportant un élément chauffant 302, une unité de commande 402 et une source de tension pilotable 301. L'élément chauffant 302 est adapté à produire de la chaleur lorsqu'un courant traverse ledit élément chauffant 302. Dans un exemple, l'élément chauffant 302 est une résistance. Le chauffage de la sonde lambda est effectué au cours de phases récurrentes, dites « phases de chauffage » du circuit de chauffage 300. Lors desdites phases de chauffage, la circulation du courant dans l'élément chauffant 302 est régulée afin d'augmenter la température de la sonde lambda. En dehors desdites phases de chauffage, la circulation du courant dans l'élément chauffant 302 est interrompue ou la circulation du courant dans l'élément chauffant 302 est régulée afin de maintenir la température de la sonde lambda. La source de tension pilotable 301 est branchée en série avec l'élément chauffant 302. L'unité de commande 402 est configurée pour commander ladite source de tension pilotable 301 de sorte à générer, aux bornes de l'élément chauffant 302, une tension variable assurant que le courant traversant ledit élément chauffant 302 au cours de chaque phase de chauffage est d'intensité inférieure ou égale à une valeur seuil prédéfinie T. Le circuit de chauffage 300 comporte en outre, dans l'exemple illustré par la figure 3, un moyen adapté à mesurer le courant traversant l'élément chauffant 302 et/ou un moyen adapté à mesurer la température de la sonde lambda. Ainsi la tension variable à générer par la source de tension pilotable 301 est déterminée, par l'unité de commande 402 qui commande ladite source de tension pilotable 301, en fonction de mesures de courant effectuées par ledit moyen adapté à mesurer le courant traversant l'élément chauffant 302 et/ou en fonction de mesures de température effectuées par ledit moyen adapté à mesurer la température de la sonde lambda. En variante, la tension variable à générer par la source de tension pilotable 301 est déterminée, par l'unité de commande 402 qui commande ladite source de tension pilotable 301, en fonction d'informations fournies par la sonde lambda. Les mesures de température permettent notamment de contrôler le début et la fin de la phase de chauffage et, dans certains modes de réalisation, de sélectionner un profil de tension préétabli tel que décrit plus en détail ci-après. Les mesures de courant permettent notamment d'estimer l'impédance de 5 l'élément chauffant 302, et donc de déterminer la tension variable à générer assurant que le courant traversant l'élément chauffant 302 ne dépasse la valeur seuil prédéfinie lt. Selon une mise en oeuvre, dans une première étape, le moyen adapté à mesurer le courant traversant l'élément chauffant 302 mesure le courant traversant l'élément chauffant 302 et/ou le moyen adapté à mesurer la température de la sonde 10 lambda mesure la température de la sonde lambda. Dans une deuxième étape, le circuit de chauffage 300 détermine la tension variable à générer aux bornes de l'élément chauffant 302 en fonction de la mesure de température et/ou en fonction de la mesure de courant. Dans une troisième étape, la source de tension pilotable 301 génère la tension variable déterminée à la deuxième étape aux bornes de l'élément chauffant 302. 15 Dans un mode préféré de mise en oeuvre du circuit de chauffage 300, au cours de chaque phase de chauffage, la tension variable générée aux bornes de l'élément chauffant 302 par la source de tension pilotable 301 augmente progressivement jusqu'à atteindre une tension nominale VN. Ladite tension nominale VN est celle fournie par la batterie/alternateur du réseau de bord du véhicule automobile. 20 On entend par « augmente progressivement » une croissance au sens large de la tension variable générée au cours d'une phase de chauffage. En d'autres termes, la tension variable générée peut être constante au cours d'un ou de plusieurs intervalles de temps de la phase de chauffage. L'augmentation progressive de la tension variable générée par la source de 25 tension pilotable 301 suit par exemple un profil de tension prédéfini. Un tel profil de tension prédéfini est par exemple mémorisé dans une mémoire non volatile de l'unité de commande 402. Ce profil de tension prédéfini correspond à un profil de tension préalablement déterminé par simulation ou expérimentation permettant d'assurer que le courant traversant l'élément chauffant 302 ne dépassera pas la valeur seuil prédéfinie lt 30 quelles que soient les conditions d'opération du circuit chauffant 300, en particulier quelles que soient les conditions de température de la sonde lambda. Dans un exemple, plusieurs profils de tensions sont prédéfinis, associés à des températures respectives différentes de la sonde lambda au début d'une phase de chauffage. En effet, plus la température de la sonde lambda est faible et plus l'impédance de l'élément chauffant 302 35 est faible. Par conséquent, plus la température de la sonde lambda au début d'une phase de chauffage est faible et plus la tension variable générée doit être faible. Ainsi, en disposant de plusieurs profils de tension prédéfinis associés à des températures respectives différentes de la sonde lambda au début d'une phase de chauffage, il sera possible d'accélérer le chauffage de la sonde lambda. Chaque profil de tension est avantageusement prédéfini comme correspondant, pour la température initiale considérée, à la tension maximale pouvant être générée sans que le courant traversant l'élément chauffant 302 ne dépasse la valeur seuil prédéfinie lt. On comprend donc que, lorsqu'un ou des profils de tension prédéfinis sont utilisés, il n'est pas nécessaire de mesurer le courant traversant l'élément chauffant 302. Dans un mode de réalisation, la source de tension pilotable 301 comporte un convertisseur de tension continue en tension continue 401 destiné à être branché à une source de tension continue 400. Dans un mode de réalisation (cf. figure 4), le convertisseur de tension continue en tension continue 401 est un convertisseur à découpage abaisseur de tension comportant un commutateur électronique 303 commandé par l'unité de commande 402, un élément inductif 404 branché en série avec l'élément chauffant 302 et ledit commutateur électronique 303, et une diode 403 de roue libre. Dans un exemple, le commutateur électronique 303 est un transistor MOS. Dans un exemple, comme le montre la figure 4, une première borne du commutateur électronique 303 est reliée à la source de tension continue 400. Une deuxième borne du commutateur électronique 303 est reliée à la cathode de la diode 403 de roue libre et à une première borne de l'élément inductif 404. L'anode de la diode 403 de roue libre est reliée à la masse. Une deuxième borne de l'élément inductif 404 est reliée à une première borne de l'élément chauffant 302 et une deuxième borne de l'élément chauffant 302 est reliée à la masse. La tension variable Vp à générer aux bornes de l'élément chauffant 302, déterminée à la deuxième étape, est générée en commandant le commutateur électronique 303 dudit convertisseur à découpage abaisseur de tension au moyen d'un signal à modulation de largeur d'impulsion généré par l'unité de commande 402. Le rapport cyclique dudit signal à modulation de largeur d'impulsion est déterminé en fonction de ladite tension variable, ce rapport cyclique étant ainsi variable. Plus précisément, le signal à modulation de largeur d'impulsion émis par l'unité de commande 402 commande l'état ouvert ou fermé du commutateur électronique 303. Dans un exemple un état haut du signal logique émis par l'unité de commande 402 correspond à l'état fermé du commutateur électronique 303 et un état bas du signal logique émis par l'unité de commande 402 correspond à l'état ouvert du commutateur électronique 303. Lorsque le commutateur électronique 303 est fermé, le courant traversant l'élément inductif 404 augmente linéairement et aucun courant ne traverse la diode 403 de roue libre. Lorsque le commutateur électronique 303 est ouvert, la diode 403 de roue libre devient passante et le courant traversant l'élément inductif 404 décroit. La succession d'un état haut et d'un état bas du signal logique émis par l'unité de commande 402 est appelé cycle de commutation. Lorsque le convertisseur 401 est en régime permanent, l'énergie stockée dans l'élément inductif 404 est la même au début et à la fin de chaque cycle de commutation. En conséquence, le courant traversant l'élément inductif 404 est le même au début et à la fin de chaque cycle de commutation ce qui implique que la tension de sortie du convertisseur 401 est sensiblement égale à la tension délivrée par la source de tension continue 400 multipliée par le rapport cyclique. La figure 5 montre une courbe 600 d'évolution de la tension aux bornes de l'élément chauffant 302 lors d'une phase de chauffage, lorsque la tension délivrée par la source de tension continue 400 est de valeur égale à 14V. Cette tension aux bornes de l'élément chauffant 302 est la tension de sortie du convertisseur 401. Durant les premières secondes suivant la mise en marche du circuit de chauffage 300, l'élément chauffant 302 est froid. La valeur de l'impédance dudit élément chauffant 302 est, dans un exemple, sensiblement égale à 2 0. La tension obtenue aux bornes de l'élément chauffant 302 pourra être de valeur comprise entre 0 V et 5 V. Lorsque l'élément chauffant 302 est chaud, la valeur de l'impédance dudit élément chauffant 302 est, toujours dans cet exemple, sensiblement égale à 15 0. La tension obtenue aux bornes de l'élément chauffant 302 pourra être de 12 V à 14V. Cette évolution de tension aux bornes de l'élément chauffant 302 permet d'obtenir dans cet exemple une valeur de courant traversant l'élément chauffant 302 de l'ordre de 2 A quelle que soit la température, et donc quelle que soit la valeur de l'impédance dudit élément chauffant 302. Ainsi la maitrise du courant par le circuit de chauffage permet de réduire les 25 dimensions du commutateur électronique 303, de réduire la durée de chauffe de la sonde lambda et de supprimer le risque de détérioration de la sonde lambda au démarrage. Comme le montre la figure 7, le circuit de chauffage est associé dans un mode de réalisation à plusieurs sondes lambda. Le circuit de chauffage comporte alors une pluralité d'éléments chauffants 302 branchés en parallèle, chacun de desdits élément 30 chauffant 302 étant associé à une sonde lambda dédiée. Chaque élément chauffant 302 est en outre associé à un commutateur électronique 700 dédié. Une première borne de chaque élément chauffant 302 est reliée au convertisseur 401. Une deuxième borne de chaque élément chauffant 302 est reliée à une première borne du commutateur électronique 700 associé. Une deuxième borne de 35 chaque commutateur électronique 700 est reliée à la masse. Ainsi, un seul circuit de chauffage 300 permet de chauffer plusieurs sondes lambda en même temps ou de REVENDICATIONS1. Circuit de chauffage (300) d'une sonde lambda, ledit circuit de chauffage (300) comportant un élément chauffant (302) adapté à produire de la chaleur lorsqu'un courant traverse ledit élément chauffant (302), caractérisé en ce que le circuit de chauffage (300) comporte en outre une source de tension pilotable (301) adaptée à générer une tension variable aux bornes de l'élément chauffant (302) et une unité de commande (402) configurée pour commander ladite source de tension pilotable (301) de sorte à générer une tension variable assurant que le courant traversant ledit élément chauffant (302) est d'intensité inférieure ou égale à une valeur seuil prédéfinie (Ii). 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen adapté à mesurer le courant traversant l'élément chauffant (302), l'unité de commande (402) étant configurée pour commander ladite source de tension pilotable (301) de sorte à générer, aux bornes dudit élément chauffant (302), une tension variable déterminée en fonction de mesures de courant effectuées par ledit moyen adapté à mesurer le courant traversant l'élément chauffant (302). 3. Circuit selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen adapté à mesurer la température de la sonde lambda, l'unité de commande (402) étant configurée pour commander ladite source de tension pilotable (301) de sorte à générer, aux bornes dudit élément chauffant (302), une tension variable déterminée en fonction de mesures de température effectuées par ledit moyen adapté à mesurer la température de la sonde lambda. 4. Circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de tension pilotable (301) comporte un convertisseur de tension continue en tension continue (401) destiné à être branché à une source de tension continue (400). 5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que le convertisseur de tension continue en tension continue (401) est un convertisseur à découpage abaisseur de tension comportant un élément inductif (404), une diode (403) de roue libre et un commutateur électronique (303) commandé par l'unité de commande (402), ledit commutateur électronique (303) étant commandé au moyen d'un signal à modulation de largeur d'impulsion dont le rapport cyclique est déterminé en fonction de ladite tension variable déterminée. 6. Circuit selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'éléments chauffants (302) branchés en parallèle, chacun desdits éléments chauffants (302) étant associé à une sonde lambda dédiée et chacun desdits éléments chauffants (302) étant associé à un commutateur électronique (700) dédié. 7. Procédé de chauffage d'une sonde lambda, destiné à être mis en oeuvre par un circuit de chauffage (300) comportant un élément chauffant (302) adapté à produire de la chaleur lorsqu'un courant traverse ledit élément chauffant (302), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - génération d'une tension variable aux bornes de l'élément chauffant (302) par une source de tension pilotable (301), ladite tension variable augmentant progressivement au cours de phases de chauffage de la sonde lambda jusqu'à atteindre une tension nominale (VN), - commande de la source de tension pilotable (301) par une unité de commande (402) de sorte à assurer que le courant traversant l'élément chauffant (302) est d'intensité inférieure ou égale à une valeur seuil prédéfinie (Ii). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'augmentation progressive de la tension variable générée aux bornes de l'élément chauffant (302) par la 15 source de tension pilotable (301) suit un profil de tension prédéfini. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à: a) mesurer la température de la sonde lambda et/ou le courant traversant l'élément chauffant (302), 20 b) déterminer une tension variable à générer aux bornes de l'élément chauffant (302) en fonction de la mesure de température et/ou en fonction de la mesure de courant, c) générer la tension variable déterminée aux bornes de l'élément chauffant au moyen de la source de tension pilotable (301). 25 10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à: d) mesurer la température de la sonde lambda, e) sélectionner un profil de tension prédéfini parmi un ensemble de profils de tension prédéfinis en fonction de la température de la sonde lambda, 30 f) générer une tension variable suivant ledit profil de tension prédéfini.