EP0866917A2 - Internal combustion engine ignition system monitoring device - Google Patents

Internal combustion engine ignition system monitoring device

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Publication number
EP0866917A2
EP0866917A2 EP96942402A EP96942402A EP0866917A2 EP 0866917 A2 EP0866917 A2 EP 0866917A2 EP 96942402 A EP96942402 A EP 96942402A EP 96942402 A EP96942402 A EP 96942402A EP 0866917 A2 EP0866917 A2 EP 0866917A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
ignition
spark
delivering
monitoring device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP96942402A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
André AGNERAY
Eric Morillon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP0866917A2 publication Critical patent/EP0866917A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/02—Checking or adjusting ignition timing
    • F02P17/04—Checking or adjusting ignition timing dynamically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F02P2017/125—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits

Definitions

  • the invention relates to a device for monitoring an ignition system of an internal combustion engine, the ignition of which is electronically controlled. This device must detect combustion faults and their causes, in particular a faulty ignition.
  • the ignition device brings energy to a very localized area of the cylinder filled with the air-petrol mixture, in order to trigger its combustion. It is an auto-ignition produced by a spark, the temperature of which is greater than 3000 ° C. and which bursts between the electrodes of the spark plug.
  • a spark the temperature of which is greater than 3000 ° C. and which bursts between the electrodes of the spark plug.
  • misfire that is to say misfires of combustion corresponding to a total absence of combustion in the chamber, due to a misfire of ignition for example or corresponding poor combustion in one or more cylinders.
  • This can be damaging for the catalytic converter into which unburnt fuel is sent, which causes oxidation on contact with the very hot medium, which can destroy the catalyst.
  • Abnormal combustion can also cause a rattling noise damaging to the cylinder head gasket and pistons.
  • the object of the invention is to detect misfires and to identify the cylinder or cylinders in which they occurred, regardless of the number of cylinders of the engine and in all of its operating conditions.
  • the object of the invention is a device for monitoring the ignition system of an internal combustion engine comprising, per cylinder, at least one spark plug between the electrodes of which a spark is created, comprising at least one ignition coil, the primary winding of which is connected to an ignition control module and the secondary winding of which is connected to an electrode of at least one spark plug, the second electrode of which is connected to ground, characterized in that '' it includes a circuit for measuring the ionization current of the gases in the cylinders, connected to the secondary winding of the coil and placed in parallel with the spark plug, and consisting of:
  • FIG. 1 and 3 are two examples of ignition, respectively distributed and semi-static, comprising the monitoring device according to the invention
  • FIGS. 2 a to 2 ⁇ are representations of the voltage and current signals appearing in an ignition system;
  • FIG. 4 shows the ignition system monitoring device according to the invention;
  • - Figure 5 is an electrical diagram of the measuring circuit of the monitoring device according to the invention
  • - Figures 6 to 10 are electrical diagrams of different embodiments of the measurement circuit according to the invention.
  • FIG. 11 is the temporal representation of the ionization current, measured by the monitoring device according to the invention.
  • - Figure 12 is the electronic diagram of the detection means of the ignition control of the monitoring device according to the invention
  • - Figure 13 is the electronic diagram of the means for detecting the continuity of the ignition circuit according to the invention
  • - Figure 16 is an electronic diagram of an embodiment of the combustion detection means in the cylinders, according to the invention
  • - Figure 17 is an electronic diagram of an embodiment of the means for detecting the presence of controlled aerodynamics according to the invention
  • FIG. 18 is an electronic diagram of an embodiment of the means of detecting a spark plug break according to the invention.
  • the ignition system which creates the spark at the terminals of the spark plug assigned to each cylinder and which is controlled by a computer.
  • electronic ignition includes an ignition coil 1 whose primary winding L-, is connected on the one hand to the positive voltage of the vehicle battery, equal to 12 volts, and on the other hand to a control module d ignition 100 by means of a transistor 2.
  • the secondary winding L 2 of the coil is connected on the one hand to the 12 volts of the battery and on the other hand to each of the spark plugs 3 of the engine, successively by l 'Intermediate of an electromechanical distributor 32.
  • the operation of the ignition system is as follows, described in relation to Figures 2 to 2 ⁇ .
  • the module ignition control 100 produces a rectangular control signal S c ( Figure 2 a ) which switches the transistor from the off state to the saturated state, at time t- 1 .
  • the current I 1 flowing in the primary winding L- ⁇ increases to a maximum value 1- ⁇ due to current regulation, reached at time t 2 ( Figure 2 ⁇ ) and the energy accumulates during that the voltage V 2 at the terminals of the secondary winding goes from a value equal to the battery voltage (12 volts) to a higher value (1 kilovolt) until time t 2 when it drops to 100 volts, because the variation of the flux is not zero and the energy stabilizes (Figure 2).
  • the control signal S c switches from its maximum value 1, equal to a few volts, to its minimum value 0, blocking the transistor 2.
  • the sudden interruption of the current l j in the winding primary causes a high overvoltage which is amplified by the transformer in the secondary winding whose voltage V 2 at its terminals has a peak at time t 3 ( Figure 2), reflecting a sudden drop in its value of the order of 40 kilovolts, which causes a breakdown at the spark plug electrodes.
  • the voltage V 2 is close to zero and the current I ′ and the voltage V at the terminals of the spark plug become zero until the next charge cycle.
  • the ignition system comprises two ignition control modules which supply each, as shown in Figure 3, two candles 3 and 3 'assigned to cylinders offset by 360 degrees crankshaft. These two spark plugs produce two almost simultaneous sparks, one for a cylinder in compression whose air-gasoline mixture is thus ignited, the other for a cylinder in exhaust.
  • a coil supplying two cylinders the two spark plugs are of opposite polarities.
  • the device 4 for monitoring the ignition system is intended to measure and process the ionization current between the electrodes of each spark plug which, outside the breakdown periods, is used as a probe for measuring the current appearing between its terminals when a voltage of the order of 200 volts is applied between its two electrodes.
  • This monitoring device is placed in parallel on one or one of the two spark plugs 3 and connected to one of the terminals 7 of the secondary winding L 2 of the ignition coil 1 which sends it the high ignition voltage (FIGS. 1 and 3). It comprises, as shown in FIG.
  • a circuit 5 for measuring the ionization current to which is then associated a system 6 for processing this current, intended to detect in particular the ignition command (14 ), the continuity of the ignition circuit (18), the load of the measurement circuit (22), the presence of controlled aerodynamics (33), the combustion (29) and the polarization of the cylinder, or even the candle wear, as described below.
  • This processing system can be supplemented by display and / or alarm means 8, or by means of taking into account the information thus detected by the electronic engine computer or computers, or by the catalytic converter in the aim of improving the functioning of the engine in the following engine cycles.
  • the measurement circuit 5, detailed in FIG. 5, of the ionization current associated with a cylinder, is placed in parallel on the spark plug 3 and connected to one of the terminals 7 of the secondary winding L 2 of the ignition coil . It includes isolation means 9 placed on the high voltage cable 10 connecting the coil to the spark plug and intended to allow the high voltage signal to pass physically at the time of ignition and to isolate the measurement circuit when the '' spark so as not to interfere with the operation of the motor and to restore it after bursting, and to physically allow only the high voltage signal.
  • These isolation means can be the distributor itself, or a primary spark gap - the second spark plug in the case of semi-static ignition -, or even a high voltage diode of 1 to 2 kilovolts.
  • the measurement circuit then comprises means 11 for supplying the measurement, produced by a capacitor C which charges when the ignition front arrives and discharges when the spark stops.
  • a Zener Z diode can be added in parallel, which regulates the amount of energy stored in the capacitor C, regardless of the maximum value of the ignition front.
  • the Zener diode also serves to prevent charging of the capacitor C in the opposite direction, thus avoiding a change in sign of the measured ionization signal.
  • This capacitance C will supply the spark plug with a DC voltage of between 50 and 200 volts at most, measuring the ionization of the gases between its electrodes.
  • the measurement then consists of determining the current flowing in the spark plug, from which the ignition problems will be detected.
  • the voltage of 200 volts is supplied by the discharge of capacity C which will have been charged before by the energy of the bursting of the spark and chosen to support high tensions.
  • This capacity is of the order of 100 picofarads to 10 nanofarads and the Zener diode from 50 to 300 volts.
  • the ionization current from the spark plug is converted into voltage by conversion means 12, produced for example by two series of head-to-tail diodes O- ⁇ and D 2 used as logarithmic current-voltage transformer due to the increase amplitude of the ionization signal with engine speed.
  • the output point of the measurement circuit according to the invention is located at the output of these conversion means 12.
  • These diodes can be placed asymmetrically, 2 or 5 in the direction of the measurement of the combustion, therefore of the discharge of the capacity C and 1 in the direction of its charge, as shown in Figure 6, which is a diagram electronics of an exemplary embodiment of the circuit according to the invention using a negative high voltage, in single spark ignition, whether or not distributed with a pencil coil, for example.
  • FIG. 7 is an electrical diagram of another embodiment of the circuit according to the invention using a high negative voltage.
  • the circuit finally comprises means 13 for limiting on the one hand, the current which flows through the conversion means 12, at the time of charging the capacitor C and on the other hand, coupled to the Zener diode Z, the maximum current which cross the capacity during the measurement of the ionization current which takes place at the point P m located between the means 13 of limitation and the means 12 of conversion.
  • this resistance R is between 0.2 and 100 mega-ohms.
  • These three supply means 11, limitation 13 and conversion 12 connected in series are placed in parallel with the two electrodes of the spark plug 3.
  • This spark plug is generally provided with a resistor R ′ in series intended to limit the parasites.
  • a measuring circuit according to the invention is provided per cylinder, because the arc in the distributor stops before the combustion signal is finished.
  • FIG. 8 is an electrical diagram of a first embodiment of such a measurement circuit used in the case of a semi-static double spark ignition, its connection being made to the positive terminal of the coil.
  • a coil can be used, one terminal of which is connected to the high-voltage circuit via a high-voltage diode and a measurement circuit per cylinder, as shown in the electrical diagram of Figure 9, showing a second embodiment of a measuring circuit according to the invention for a semi-static double spark ignition.
  • This assembly comprising two measurement circuits, two high voltage cables and delivering two output signals, can be used to distinguish the cylinder in combustion and that in exhaust.
  • This ionization current measurement circuit delivers a signal S m at the measurement point P m whose temporal representation makes it possible to distinguish several phases.
  • FIG. 11 represents the ionization signal S m as a function of time, measured by a circuit supplied by a negative high voltage and in the form of a voltage which is a monotonic function of the ionization current in the spark plug, in the case of the amplifier. The signal is of reverse sign if the measurement is made for positive high voltage.
  • phase FI comprised between the instants t- ⁇ and t 3 , corresponds to the charge of the ignition coil
  • the phase F2 between the instants t 3 and t 4 corresponds to the duration of the spark
  • the phase F3, between instants t 4 and t ⁇ corresponds to the presence or absence of combustion in the cylinder, or to combustion with controlled aerodynamics of the mixture.
  • the processing of this signal will make it possible to detect the actual operation of the engine.
  • the monitoring device further comprises means 14 for detecting the ignition control shown in the electronic diagram of FIG. 12.
  • the high voltage insulating diode D because 'it is slightly capacitive, lets through part of the signal corresponding to the primary load, which generates about 1 kilovolt in secondary. This signal modifies the state of charge of the measurement capacitor C, passes through the Zener diode Z and is detected by the current measurement stage in the form of a voltage peak p ⁇ .
  • the detection of the presence of the ignition control signal emitted by the ignition control module 100, or the ignition-injection computer of the vehicle amounts to detecting this voltage peak p ⁇ and the means of this detection are constituted by means of comparison 15 of the measured signal S m with a voltage threshold determined by the isolation means as a function of the probable value of the voltage peak, delivering a binary signal S - ⁇ of value equal to 1 if S is greater than the threshold, and equal to 0 otherwise.
  • the signal SI is then sent to one of the inputs an AND logic circuit 16, the other input of which receives the ignition control signal S delivered by the ignition module or the ignition-injection computer.
  • This ignition control signal is in the form of a rectangular signal of suitable duration corresponding to the load of the coil.
  • This AND circuit delivers a signal logic S 2 of value 1 when ignition control is detected and of value 0 in the event of a problem.
  • the signal S- can also be compared, temporally or angularly, to the position of the top dead center TDC of the cylinder in which the spark took place, in comparison means 17, in order to measure the degree of advance on ignition.
  • the monitoring device also comprises means 18 for detecting the continuity of the ignition system, represented on the electronic diagram of FIG. 13.
  • the ionization signal (FIG. 11) can have a voltage variation, with possible sign changes, in the case where the circuit is continuous up to the measurement circuit.
  • the spark signal will be modified, and in the case where the break takes place before the measurement circuit, no signal is detected.
  • the means for processing the measured signal S m are intended to detect on the one hand the presence of the control signal S between the instants t- ⁇ and t 3 ensuring the continuity of the measurement circuit, and on the other hand the presence of a negative high voltage representative of a spark in the spark plug ensuring continuity of the circuit to it.
  • the monitoring device can also be provided with means 22 for detecting the load of the measurement circuit shown in the electronic diagram of FIG. 14. Indeed, at the instant of the spark, the signal of ionization presents a voltage plateau between instants t-, and t 4 , if there is charge, with a possible brief reversal of the possible polarity at the end of the spark, represented by a second voltage peak p 2 , in a semi-static ignition (figure 11).
  • the detection means 22 comprise a circuit 23 generating a pulse S 6 , created after a time delay of 0.5 to 1 ms triggered by the falling edge of the ignition control signal S coming from the ignition control module 100.
  • the signal of measured ionization S is compared to a fixed negative threshold in the case of a negative coil output polarity, in comparison means 20, identical to the means 20 described in FIG. 13, which deliver a binary signal S 4 equal to 1 if the current is less than the threshold, otherwise equal to 0.
  • the pulse S 6 is sent to the "trigger" of an electronic flip-flop 25 of type D, in which enters the binary signal S 4 , this flip-flop delivering a signal S g of information on the existence of a normal charge or not at the time of the spark. Equivalently, the information S 4 of the existence of a spark can then be integrated over a period which follows the command S c as shown in FIG.
  • an integrator 27 delivering a signal S ⁇ Q I then compared to a positive duration threshold in a comparator 28 to obtain information on the quality of the spark by measuring its duration, this latter information being in the form of a pulse S-, -, equal to 1 when the compared signal is greater than the duration threshold, knowing that the normal duration of a good quality spark is a few milliseconds.
  • the monitoring device according to the invention also allows the detection of the combustion in the cylinder as well as the coding of the cylinder. Indeed, the ionization signal of FIG.
  • phase F 2 corresponding to the spark that is to say a rise C- ⁇ with a clear change of sign in the case of combustion carried out in the cylinder where s' the spark is produced, ie an ascent C 2 simply towards the value zero in the case where no combustion has been started.
  • the comparison between the ionization signals coming from two cylinders in which a spark took place at the same time makes it possible to easily distinguish the cylinder in combustion from that in exhaust, this information having to be taken into account on condition of comparing it to the injection control which can be cut in certain cases.
  • the phase of the F 3 ionization signal between the instants t 4 and t 5 corresponds to the combustion signal and, according to the invention, is processed to verify the current measured after the ignition command and after the spark signal of phase F 2 .
  • the ionization signal of FIG. 11 can have, during the combustion phase, successive maxima M ⁇ , M 2 , corresponding to the passages of alternately burnt and unburnt media.
  • the variations on a very small scale correspond to the folding of the combustion front
  • the variations on a large scale correspond to the successive passages of the combustion core in front of the spark plug.
  • This information can be used to verify the proper functioning of an aerodynamic component.
  • the desired signal is obtained either by smoothing the signal on a large scale and by checking that there are maximums detected by bandpass filtering, or by using successive signals to remove part of the rapid variations due to the folding of the flame and by filtering.
  • FIG 17 is the diagram electronics of an example of means 33 for detecting the presence of controlled aerodynamics, consisting firstly of trigger means 34 on the falling edge of the ignition control signal S c creating a rectangular pulse S 15 of 120 ° or 9 ms duration, and on the other hand by means of comparison 35 of the ionization signal measured S m with a fixed positive threshold, delivering a pulse signal S 16 each pulse of which is representative of a maximum of the signal of combustion, sent like the pulse S 15 to an input of an AND logic gate 36, the binary output signal of which gives information on combustion or non-combustion.
  • This signal S, 7 passes through a bandpass filter 37, from which a threshold is exceeded either on the amplitude by comparison means 38 with a positive threshold delivering a signal having as many pulses as there are of maxima in the. ionization signal, ie on the power output of the filter by means 39.
  • the monitoring device can also comprise means for detecting the fouling of the candles.
  • a dirty candle is generally modeled as a resistance of a few mega-ohms in short circuit. If it does not prevent the breakdown of the spark, the latter will clean it up. On the other hand, if it prevents breakdown, there is a modification of the load signal of the measurement circuit of the monitoring device of the invention and an absence of combustion. As shown in Figure 11, the spark signal e-, is much shorter in the event of non-breakdown - less than 0.25 ms instead of a few milliseconds usually -. Reduced short circuit resistance this time again and weakens the negative maximum of the spark signal.
  • the device includes the detection means shown in Figure 15 and already described, the duration threshold in this case being much lower.
  • the monitoring device has the advantage of not making any modification to the semi-static ignition coil system, the device being interposed between the secondary of the ignition coil and the spark plug. It is also completely industrializable and compact, which is particularly appreciable for measurements under the hood. It also has excellent robustness and ease of use thanks to its easy connection. In addition, there is no need for an external power supply since it takes only a small part of the high voltage signal. In the case of ignition with a coil of the coil-pencil type, the device can be associated or integrated with this coil. It is the same for certain types of candle in the housing of which it is possible to integrate the device.

Abstract

An internal combustion engine ignition system monitoring device including a measuring circuit for measuring the gas ionisation current in the cylinders. The circuit is connected to the secondary winding (L2) of the coil in parallel with the spark plug (3), and consists of a capacitor (6) that is charged when the ignition intake arrives and discharged when the spark stops, by two series of diodes (D1, D2) arranged head-to-tail, a current-limiting resistor (R), isolating means (9) between the coil and the spark plug, and an electronic ionisation signal processing system for sensing ignition control, the continuity of the ignition system, the charge of the measuring circuit, combustion, the presence of controlled aerodynamics or breakage of a spark plug.

Description

DISPOSITIF DE SURVEILLANCE DU SYSTEME D'ALLUMAGE D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE DEVICE FOR MONITORING THE IGNITION SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
L'invention concerne un dispositif de surveillance d'un système d'allumage d'un moteur à combustion interne, dont l'allumage est commandé électroniquement. Ce dispositif doit détecter les défauts de combustion et leurs causes, notamment un allumage défectueux.The invention relates to a device for monitoring an ignition system of an internal combustion engine, the ignition of which is electronically controlled. This device must detect combustion faults and their causes, in particular a faulty ignition.
Actuellement, pour baisser la consommation des carburants et pour répondre aux normes anti-pollution de plus en plus sévères, imposant entre autres l'utilisation d'un pot catalytique et le fonctionnement du moteur en boucle fermée, il est important de connaître la qualité de la combustion. De plus, pour répondre à la nouvelle norme de diagnostic On Board Diagnostic II (0.B.D. II), il est essentiel de détecter toute absence de combustion persistante dans le but d'en informer le conducteur du véhicule. Dans le cas d'une détection d'anomalies de combustion, il est indispensable de connaître le type de défaut existant, tel que le cliquetis, l'encrassement des bougies, le mauvais fonctionnement de la bobine d'allumage, etc... Dans un moteur à essence, à allumage commandé, ce dernier est produit, pour chaque cylindre, par une source d'inflammation - généralement une seule bougie - et la propagation d'une déflagration. Le dispositif d'allumage apporte de l'énergie dans une zone très localisée du cylindre rempli du mélange air-essence, afin de déclencher sa combustion. C'est une auto¬ inflammation réalisée par une étincelle, dont la température est supérieure à 3000°C et qui éclate entre les électrodes de la bougie . Pour un bon fonctionnement du moteur, il faut détecter les "misfire", c'est-à-dire les ratés de combustion correspondant à une absence totale de combustion dans la chambre, en raison d'un raté d'allumage par exemple ou correspondant à une mauvaise combustion dans un ou plusieurs cylindres. Cela peut être dommageable pour le pot catalytique dans lequel est envoyé du carburant non brûlé qui provoque une oxydation au contact du milieu très chaud, pouvant détruire le catalyseur. Une combustion anormale peut également provoquer un cliquetis dommageable pour le joint de culasse et les pistons du moteur.Currently, to lower fuel consumption and to meet increasingly stringent anti-pollution standards, requiring, among other things, the use of a catalytic converter and the operation of the engine in a closed loop, it is important to know the quality of combustion. In addition, to meet the new diagnostic standard On Board Diagnostic II (0.BD II), it is essential to detect any absence of persistent combustion in order to inform the driver of the vehicle. In the case of detection of combustion anomalies, it is essential to know the type of existing fault, such as rattling, fouling of spark plugs, malfunction of the ignition coil, etc. a gasoline engine, with spark ignition, the latter is produced, for each cylinder, by an ignition source - generally a single spark plug - and the propagation of a deflagration. The ignition device brings energy to a very localized area of the cylinder filled with the air-petrol mixture, in order to trigger its combustion. It is an auto-ignition produced by a spark, the temperature of which is greater than 3000 ° C. and which bursts between the electrodes of the spark plug. For a good functioning of the engine, it is necessary to detect the "misfire", that is to say misfires of combustion corresponding to a total absence of combustion in the chamber, due to a misfire of ignition for example or corresponding poor combustion in one or more cylinders. This can be damaging for the catalytic converter into which unburnt fuel is sent, which causes oxidation on contact with the very hot medium, which can destroy the catalyst. Abnormal combustion can also cause a rattling noise damaging to the cylinder head gasket and pistons.
Une des causes d'une mauvaise combustion sont les ratés d'allumage, dus aux bougies encrassées par des résidus de carbone qui empêchent l'étincelle, ou noyées par un apport excessif d'essence dans un cylindre froid qui perturbe la décharge électrique, ou encore dont les électrodes sont trop écartées pour permettre un arc électrique. Actuellement, il existe un système SAAB Trionic qui utilise la mesure du degré d'ionisation des gaz dans les cylindres, au moyen des bougies qui servent de sondes pour étudier ce qui se passe dans la chambre de combustion pendant que le moteur tourne. C'est un système d'allumage capacitif, le courant dans l'enroulement primaire chargeant à 400 volts une capacité qui se décharge brutalement dans l'enroulement secondaire de la bobine d'allumage. Au moment de la combustion du mélange air-carburant, la température augmente, les gaz s'ionisent et il est intéressant de mesurer le courant entre les électrodes. Le système SAAB effectue pour cela la mesure du courant à la borne basse tension de l'enroulement secondaire de la bobine. Le principal inconvénient vient du fait que ce courant n'est que partiellement représentatif du courant d'ionisation car la partie haute fréquence du signal est absorbée. De plus, il faut alimenter la capacité en moyenne tension, ce que l'on ne trouve pas naturellement dans un véhicule automobile sauf en utilisant des convertisseurs continu-continu. Le choix d'un allumage capacitif n'assure pas la combustion pour tous les mélanges air-carburant. Le but de l'invention est de détecter les ratés de combustion et d'identifier le ou les cylindres dans lesquels ils se sont produits, quel que soit le nombre de cylindres du moteur et dans toutes ses conditions de fonctionnement.One of the causes of poor combustion is misfiring, due to candles clogged with carbon residues which prevent the spark, or drowned by an excessive supply of gasoline in a cold cylinder which disturbs the electric discharge, or still whose electrodes are too far apart to allow an electric arc. Currently, there is a SAAB Trionic system that uses the measurement of the degree of ionization of gases in the cylinders, using spark plugs that serve as probes to study what happens in the combustion chamber while the engine is running. It is a capacitive ignition system, the current in the primary winding charging at 400 volts a capacity which is suddenly discharged in the secondary winding of the ignition coil. During the combustion of the air-fuel mixture, the temperature increases, the gases ionize and it is interesting to measure the current between the electrodes. For this, the SAAB system measures the current at the low voltage terminal of the secondary winding of the coil. The main drawback is that this current is only partially representative of the ionization current because the high frequency part of the signal is absorbed. In addition, it is necessary to supply the capacity at medium voltage, which is not naturally found in a motor vehicle except by using DC-DC converters. The choice of a capacitive ignition does not ensure combustion for all air-fuel mixtures. The object of the invention is to detect misfires and to identify the cylinder or cylinders in which they occurred, regardless of the number of cylinders of the engine and in all of its operating conditions.
Pour cela, l'objet de l'invention est un dispositif de surveillance du système d'allumage d'un moteur à combustion interne comprenant, par cylindre, au moins une bougie entre les électrodes de laquelle est créée une étincelle, comportant au moins une bobine d'allumage dont l'enroulement primaire est relié à un module de contrôle d'allumage et dont l'enroulement secondaire est relié à une électrode d'au moins une bougie dont la seconde électrode est reliée à la masse, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de mesure du courant d'ionisation des gaz dans les cylindres, relié à l'enroulement secondaire de la bobine et placé en parallèle à la bougie, et constitué par :For this, the object of the invention is a device for monitoring the ignition system of an internal combustion engine comprising, per cylinder, at least one spark plug between the electrodes of which a spark is created, comprising at least one ignition coil, the primary winding of which is connected to an ignition control module and the secondary winding of which is connected to an electrode of at least one spark plug, the second electrode of which is connected to ground, characterized in that '' it includes a circuit for measuring the ionization current of the gases in the cylinders, connected to the secondary winding of the coil and placed in parallel with the spark plug, and consisting of:
- des moyens d'alimentation de la mesure réalisés par une capacité qui se charge à l'arrivée du front d'allumage et se décharge à l'arrêt de l'étincelle ;- Means for supplying the measurement produced by a capacitor which charges when the ignition front arrives and discharges when the spark stops;
- des moyens de conversion en tension du courant d'ionisation issu de la bougie, réalisés par deux séries de diodes tête-bêche en sortie desquelles se trouve le point de mesure ; - des moyens de limitation du courant qui traverse les moyens de conversion, au moment de la charge de la capacité, constitués par une résistance ;means for converting the ionization current from the spark plug into voltage, produced by two series of head-to-tail diodes at the outlet of which the measuring point is located; - means for limiting the current flowing through the conversion means, at the time of charging the capacity, constituted by a resistor;
- des moyens d'isolation placés entre la bobine et la bougie et destinés à laisser passer le signal haute tension délivré par l'enroulement secondaire au moment de l'allumage , et à isoler le circuit de mesure à l'arrêt de l'étincelle ; et un système électronique de traitement du signal d'ionisation mesuré en sortie des moyens de conversion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les différentes figures qui sont :- isolation means placed between the coil and the spark plug and intended to allow the high voltage signal delivered by the secondary winding to pass at the time of ignition, and to isolate the measurement circuit when the spark is stopped ; and an electronic system for processing the ionization signal measured at the output of the conversion means. Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the description which follows, illustrated by the various figures which are:
- les figures 1 et 3 sont deux exemples d'allumage, respectivement distribué et semi-statique, comportant le dispositif de surveillance selon l'invention ;- Figures 1 and 3 are two examples of ignition, respectively distributed and semi-static, comprising the monitoring device according to the invention;
- les figures 2a à 2^ sont des représentations des signaux de tension et de courant apparaissant dans un système d'allumage ; - la figure 4 représente le dispositif de surveillance du système d'allumage selon l'invention ;- Figures 2 a to 2 ^ are representations of the voltage and current signals appearing in an ignition system; - Figure 4 shows the ignition system monitoring device according to the invention;
- la figure 5 est un schéma électrique du circuit de mesure du dispositif de surveillance selon l'invention ; - les figures 6 à 10 sont des schémas électriques de différents exemples de réalisation du circuit de mesure selon l'invention ;- Figure 5 is an electrical diagram of the measuring circuit of the monitoring device according to the invention; - Figures 6 to 10 are electrical diagrams of different embodiments of the measurement circuit according to the invention;
- la figure 11 est la représentation temporelle du courant d'ionisation, mesuré par le dispositif de surveillance selon l'invention ;- Figure 11 is the temporal representation of the ionization current, measured by the monitoring device according to the invention;
- la figure 12 est le schéma électronique des moyens de détection de la commande d'allumage du dispositif de surveillance selon l'invention ; - la figure 13 est le schéma électronique des moyens de détection de la continuité du circuit d'allumage selon l'invention ;- Figure 12 is the electronic diagram of the detection means of the ignition control of the monitoring device according to the invention; - Figure 13 is the electronic diagram of the means for detecting the continuity of the ignition circuit according to the invention;
- les figures 14 et 15 sont les schémas électroniques de deux modes de réalisation des moyens de détection de la charge du circuit de mesure selon l'invention ;- Figures 14 and 15 are the electronic diagrams of two embodiments of the load detection means of the measurement circuit according to the invention;
- la figure 16 est un schéma électronique d'un mode de réalisation des moyens de détection de la combustion dans les cylindres, selon l'invention ; - la figure 17 est un schéma électronique d'un mode de réalisation des moyens de détection de la présence d'une aérodynamique contrôlée selon l'invention ;- Figure 16 is an electronic diagram of an embodiment of the combustion detection means in the cylinders, according to the invention; - Figure 17 is an electronic diagram of an embodiment of the means for detecting the presence of controlled aerodynamics according to the invention;
- la figure 18 est un schéma électronique d'un mode de réalisation des moyens de détection d'une rupture de bougie selon l'invention.- Figure 18 is an electronic diagram of an embodiment of the means of detecting a spark plug break according to the invention.
Les éléments portant les mêmes références dans les différentes figures remplissent les mêmes fonctions en vue des mêmes résultats. Selon un premier mode de réalisation d'un allumage distribué conventionnel, représenté sur la figure 1, le système d'allumage qui crée l'étincelle aux bornes de la bougie d'allumage affectée à chaque cylindre et qui est commandé par un calculateur d'allumage électronique, comporte une bobine d'allumage 1 dont l'enroulement primaire L-, est relié d'une part à la tension positive de la batterie du véhicule, égale à 12 volts, et d'autre part à un module de contrôle d'allumage 100 par l'intermédiaire d'un transistor 2. L'enroulement secondaire L2 de la bobine est relié d'une part aux 12 volts de la batterie et d'autre part à chacune des bougies 3 du moteur, successivement par l'intermédiaire d'un distributeur électromécanique 32. Le fonctionnement du système d'allumage est le suivant, décrit en relation avec les figures 2 à 2ή . Le module de contrôle d'allumage 100 produit un signal de commande rectangulaire Sc (figure 2a) qui fait passer le transistor de l'état bloqué à l'état saturé, à l'instant t-1 . Le courant I1 circulant dans l'enroulement primaire L-^ croît jusqu'à une valeur maximum 1-^ due à une régulation de courant, atteinte à l'instant t2 (figure 2^) et l'énergie s'accumule pendant que la tension V2 aux bornes de l'enroulement secondaire passe d'une valeur égale à la tension batterie (12 volts) à une valeur supérieure (1 kilovolt) jusqu'à l'instant t2 où elle chute à 100 volts, car la variation du flux n'est pas nulle et l'énergie se stabilise (figure 2 ) . Puis, à l'instant t-j , le signal de commande Sc bascule de sa valeur maximale 1, égale à quelques volts, à sa valeur minimale 0, bloquant le transistor 2. La brusque interruption du courant lj dans l'enroulement primaire provoque une forte surtension qui est amplifiée par le transformateur dans l'enroulement secondaire dont la tension V2 à ses bornes présente un pic à l'instant t3 (figure 2 ) , traduisant une chute brutale de sa valeur de l'ordre de 40 kilovolts, qui provoque un claquage au niveau des électrodes de la bougie. A l'instant t3 de l'étincelle, un courant I' circule dans le circuit secondaire en raison du transfert de l'énergie accumulée dans l'enroulement primaire lors de la phase de charge (figure 2^) . Puis la décharge de la bobine étant terminée à l'instant t., la tension V2 est voisine de zéro et le courant I' et la tension V aux bornes de la bougie deviennent nuls jusqu'au prochain cycle de charge.The elements bearing the same references in the different figures fulfill the same functions for the same results. According to a first embodiment of a conventional distributed ignition, represented in FIG. 1, the ignition system which creates the spark at the terminals of the spark plug assigned to each cylinder and which is controlled by a computer. electronic ignition, includes an ignition coil 1 whose primary winding L-, is connected on the one hand to the positive voltage of the vehicle battery, equal to 12 volts, and on the other hand to a control module d ignition 100 by means of a transistor 2. The secondary winding L 2 of the coil is connected on the one hand to the 12 volts of the battery and on the other hand to each of the spark plugs 3 of the engine, successively by l 'Intermediate of an electromechanical distributor 32. The operation of the ignition system is as follows, described in relation to Figures 2 to 2 ή . The module ignition control 100 produces a rectangular control signal S c (Figure 2 a ) which switches the transistor from the off state to the saturated state, at time t- 1 . The current I 1 flowing in the primary winding L- ^ increases to a maximum value 1- ^ due to current regulation, reached at time t 2 (Figure 2 ^) and the energy accumulates during that the voltage V 2 at the terminals of the secondary winding goes from a value equal to the battery voltage (12 volts) to a higher value (1 kilovolt) until time t 2 when it drops to 100 volts, because the variation of the flux is not zero and the energy stabilizes (Figure 2). Then, at time t- j , the control signal S c switches from its maximum value 1, equal to a few volts, to its minimum value 0, blocking the transistor 2. The sudden interruption of the current l j in the winding primary causes a high overvoltage which is amplified by the transformer in the secondary winding whose voltage V 2 at its terminals has a peak at time t 3 (Figure 2), reflecting a sudden drop in its value of the order of 40 kilovolts, which causes a breakdown at the spark plug electrodes. At the instant t 3 of the spark, a current I 'circulates in the secondary circuit due to the transfer of the energy accumulated in the primary winding during the charging phase (Figure 2 ^). Then the discharge of the coil being completed at time t., The voltage V 2 is close to zero and the current I ′ and the voltage V at the terminals of the spark plug become zero until the next charge cycle.
Dans le cas d'un second mode de réalisation d'un allumage semi-statique, le système d'allumage comporte deux modules de contrôle d'allumage qui alimentent chacun, comme le montre la figure 3, deux bougies 3 et 3' affectées à des cylindres décalés de 360 degrés vilebrequin. Ces deux bougies produisent deux étincelles quasi-simultanées, l'une pour un cylindre en compression dont le mélange air-essence est ainsi enflammé, l'autre pour un cylindre en échappement. Dans le cas d'un tel allumage semi-statique ou bobine double sortie, une bobine alimentant deux cylindres, les deux bougies sont de polarités opposées. Le dispositif 4 de surveillance du système d'allumage selon l'invention est destiné à mesurer et traiter le courant d'ionisation entre les électrodes de chaque bougie qui, en dehors des périodes de claquage, est utilisée comme sonde de mesure du courant apparaissant entre ses bornes quand on applique une tension de l'ordre de 200 volts entre ses deux électrodes. Ce dispositif de surveillance est placé en parallèle sur la ou une des deux bougies 3 et relié à une des bornes 7 de l'enroulement secondaire L2 de la bobine d'allumage 1 qui lui envoie la haute tension d'allumage (figures 1 et 3) . Il comporte, comme le montre la figure 4, tout d'abord un circuit de mesure 5 du courant d'ionisation, auquel est ensuite associé un système de traitement 6 de ce courant, destiné à détecter en particulier la commande d'allumage (14), la continuité du circuit d'allumage (18) , la charge du circuit de mesure (22) , la présence d'une aérodynamique contrôlée (33) , la combustion (29) et le détrompage de cylindre, ou bien encore l'usure des bougies, selon la description qui va suivre. Ce système de traitement peut être complété par des moyens d'affichage et/ou d'alarme 8, ou par des moyens de prise en compte des informations ainsi détectées par le ou les calculateurs électroniques du moteur, ou par le pot catalytique dans le but d'améliorer le fonctionnement du moteur dans les cycles moteurs suivants.In the case of a second embodiment of a semi-static ignition, the ignition system comprises two ignition control modules which supply each, as shown in Figure 3, two candles 3 and 3 'assigned to cylinders offset by 360 degrees crankshaft. These two spark plugs produce two almost simultaneous sparks, one for a cylinder in compression whose air-gasoline mixture is thus ignited, the other for a cylinder in exhaust. In the case of such a semi-static ignition or double output coil, a coil supplying two cylinders, the two spark plugs are of opposite polarities. The device 4 for monitoring the ignition system according to the invention is intended to measure and process the ionization current between the electrodes of each spark plug which, outside the breakdown periods, is used as a probe for measuring the current appearing between its terminals when a voltage of the order of 200 volts is applied between its two electrodes. This monitoring device is placed in parallel on one or one of the two spark plugs 3 and connected to one of the terminals 7 of the secondary winding L 2 of the ignition coil 1 which sends it the high ignition voltage (FIGS. 1 and 3). It comprises, as shown in FIG. 4, first of all a circuit 5 for measuring the ionization current, to which is then associated a system 6 for processing this current, intended to detect in particular the ignition command (14 ), the continuity of the ignition circuit (18), the load of the measurement circuit (22), the presence of controlled aerodynamics (33), the combustion (29) and the polarization of the cylinder, or even the candle wear, as described below. This processing system can be supplemented by display and / or alarm means 8, or by means of taking into account the information thus detected by the electronic engine computer or computers, or by the catalytic converter in the aim of improving the functioning of the engine in the following engine cycles.
Le circuit 5 de mesure, détaillé sur la figure 5, du courant d'ionisation associé à un cylindre, est placé en parallèle sur la bougie 3 et relié à une des bornes 7 de l'enroulement secondaire L2 de la bobine d'allumage. Il comprend des moyens d'isolation 9 placés sur le câble haute tension 10 reliant la bobine à la bougie et destinés à laisser passer physiquement le signal haute tension au moment de l'allumage et à isoler le circuit de mesure à l'arrêt de l'étincelle pour ne pas gêner le fonctionnement du moteur et le rétablir après éclatement, et à ne laisser passer physiquement que le signal haute tension. Ces moyens d'isolation peuvent être le distributeur lui-même, ou bien un éclateur primaire - la seconde bougie dans le cas de l'allumage semi-statique -, ou bien encore une diode haute tension de 1 à 2 kilovolts. Le circuit de mesure comporte ensuite des moyens d'alimentation 11 de la mesure, réalisés par une capacité C qui se charge à l'arrivée du front d'allumage et se décharge à l'arrêt de l'étincelle. On peut ajouter une diode Zéner Z en parallèle, qui régule la quantité d'énergie stockée dans la capacité C, quelle que soit la valeur maximale du front d'allumage. La diode Zéner sert aussi à empêcher la charge de la capacité C en sens inverse, évitant ainsi un changement de signe du signal d'ionisation mesuré. Cette capacité C va alimenter la bougie par une tension continue comprise entre 50 et 200 volts au plus, mesurant l'ionisation des gaz entre ses électrodes. La mesure consiste à déterminer alors le courant qui circule dans la bougie, à partir duquel on détectera les problèmes d'allumage. La tension de 200 volts est fournie par la décharge de la capacité C qui aura été chargée auparavant par l'énergie de l'éclatement de l'étincelle et choisie pour supporter des tensions élevées. Cette capacité est de l'ordre de 100 picofarads à 10 nanofarads et la diode Zéner de 50 à 300 volts.The measurement circuit 5, detailed in FIG. 5, of the ionization current associated with a cylinder, is placed in parallel on the spark plug 3 and connected to one of the terminals 7 of the secondary winding L 2 of the ignition coil . It includes isolation means 9 placed on the high voltage cable 10 connecting the coil to the spark plug and intended to allow the high voltage signal to pass physically at the time of ignition and to isolate the measurement circuit when the '' spark so as not to interfere with the operation of the motor and to restore it after bursting, and to physically allow only the high voltage signal. These isolation means can be the distributor itself, or a primary spark gap - the second spark plug in the case of semi-static ignition -, or even a high voltage diode of 1 to 2 kilovolts. The measurement circuit then comprises means 11 for supplying the measurement, produced by a capacitor C which charges when the ignition front arrives and discharges when the spark stops. A Zener Z diode can be added in parallel, which regulates the amount of energy stored in the capacitor C, regardless of the maximum value of the ignition front. The Zener diode also serves to prevent charging of the capacitor C in the opposite direction, thus avoiding a change in sign of the measured ionization signal. This capacitance C will supply the spark plug with a DC voltage of between 50 and 200 volts at most, measuring the ionization of the gases between its electrodes. The measurement then consists of determining the current flowing in the spark plug, from which the ignition problems will be detected. The voltage of 200 volts is supplied by the discharge of capacity C which will have been charged before by the energy of the bursting of the spark and chosen to support high tensions. This capacity is of the order of 100 picofarads to 10 nanofarads and the Zener diode from 50 to 300 volts.
Le courant d'ionisation issu de la bougie est converti en tension par des moyens de conversion 12, réalisés par exemple par deux séries de diodes tête-bêche O-^ et D2 utilisées comme transformateur logarithmique courant-tension en raison de l'augmentation de l'amplitude du signal d'ionisation avec le régime moteur. Le point de sortie du circuit de mesure selon l'invention, dit point de mesure P , se situe en sortie de ces moyens 12 de conversion. Ces diodes peuvent être placées de façon asymétrique, 2 ou 5 dans le sens de la mesure de la combustion, donc de la décharge de la capacité C et 1 dans le sens de sa charge, comme le montre la figure 6, qui est un schéma électronique d'un exemple de réalisation du circuit selon l'invention utilisant une haute tension négative, en allumage à simple étincelle distribué ou non avec une bobine crayon par exemple. On peut également utiliser deux paires de diodes, comme le montre la figure 7, qui est un schéma électrique d'un autre exemple de réalisation du circuit selon l'invention utilisant une haute tension négative. De plus, la présence de plusieurs diodes permet d'amplifier le signal issu de la bougie ou sert à limiter la tension d'entrée d'un amplificateur de courant, linéaire ou non, utilisé pour la mesure du courant. Le circuit comprend enfin des moyens 13 de limitation d'une part, du courant qui traverse les moyens de conversion 12, au moment de la charge de la capacité C et d'autre part, couplé à la diode Zéner Z, du courant maximum qui traverse la capacité lors de la mesure du courant d'ionisation qui a lieu au point Pm situé entre les moyens 13 de limitation et les moyens 12 de conversion. Ces moyens de limitation, qui définissent aussi la période de charge de la capacité C, sont constitués par une résistance R, de valeur telle que la constante de temps qu'elle produit avec la capacité C, r = R*C, soit égale à la durée de l'étincelle, de l'ordre de 2.5 ms. Pour cela, cette résistance R est comprise entre 0.2 et 100 méga-ohms. Ces trois moyens d'alimentation il, de limitation 13 et de conversion 12 reliés en série sont placés en parallèle aux deux électrodes de la bougie 3. Cette bougie est généralement dotée d'une résistance R' en série destinée à limiter les parasites. Dans le cas d'un allumage distribué, un circuit de mesure selon l'invention est prévu par cylindre, car l'arc dans le distributeur s'arrête avant que le signal de combustion ne soit terminé. Dans le cas d'un allumage semi-statique, pour lequel l'enroulement secondaire de la bobine est relié à chacune de ses deux bornes à une bougie et filtre un peu le signal issu de la bougie en échappement, un seul circuit peut être prévu pour deux cylindres, l'isolation étant assurée par ladite bougie. La figure 8 est un schéma électrique d'un premier exemple de réalisation d'un tel circuit de mesure utilisé dans le cas d'un allumage semi-statique à double étincelle, son branchement étant fait sur la borne positive de la bobine. Cependant, pour une meilleure séparation des deux bougies, on peut utiliser une bobine dont une borne est connectée au circuit haute tension par l'intermédiaire d'une diode D haute tension et un circuit de mesure par cylindre, comme le montre le schéma électrique de la figure 9, représentant un second exemple de réalisation d'un circuit de mesure selon l'invention pour un allumage semi-statique à double étincelle. Ce montage, comprenant deux circuits de mesure, deux câbles haute tension et délivrant deux signaux de sortie, peut servir à distinguer le cylindre en combustion et celui en échappement.The ionization current from the spark plug is converted into voltage by conversion means 12, produced for example by two series of head-to-tail diodes O- ^ and D 2 used as logarithmic current-voltage transformer due to the increase amplitude of the ionization signal with engine speed. The output point of the measurement circuit according to the invention, called measurement point P, is located at the output of these conversion means 12. These diodes can be placed asymmetrically, 2 or 5 in the direction of the measurement of the combustion, therefore of the discharge of the capacity C and 1 in the direction of its charge, as shown in Figure 6, which is a diagram electronics of an exemplary embodiment of the circuit according to the invention using a negative high voltage, in single spark ignition, whether or not distributed with a pencil coil, for example. Two pairs of diodes can also be used, as shown in FIG. 7, which is an electrical diagram of another embodiment of the circuit according to the invention using a high negative voltage. In addition, the presence of several diodes makes it possible to amplify the signal from the spark plug or serves to limit the input voltage of a current amplifier, linear or not, used for measuring the current. The circuit finally comprises means 13 for limiting on the one hand, the current which flows through the conversion means 12, at the time of charging the capacitor C and on the other hand, coupled to the Zener diode Z, the maximum current which cross the capacity during the measurement of the ionization current which takes place at the point P m located between the means 13 of limitation and the means 12 of conversion. These limiting means, which also define the charging period of the capacity C, are constituted by a resistance R, of value such that the time constant which it produces with the capacity C, r = R * C, is equal to the duration of the spark, of the order of 2.5 ms. For this, this resistance R is between 0.2 and 100 mega-ohms. These three supply means 11, limitation 13 and conversion 12 connected in series are placed in parallel with the two electrodes of the spark plug 3. This spark plug is generally provided with a resistor R ′ in series intended to limit the parasites. In the case of a distributed ignition, a measuring circuit according to the invention is provided per cylinder, because the arc in the distributor stops before the combustion signal is finished. In the case of a semi-static ignition, for which the secondary winding of the coil is connected to each of its two terminals to a spark plug and filters the signal from the spark plug slightly, a single circuit can be provided for two cylinders, the insulation being provided by said spark plug. Figure 8 is an electrical diagram of a first embodiment of such a measurement circuit used in the case of a semi-static double spark ignition, its connection being made to the positive terminal of the coil. However, for better separation of the two spark plugs, a coil can be used, one terminal of which is connected to the high-voltage circuit via a high-voltage diode and a measurement circuit per cylinder, as shown in the electrical diagram of Figure 9, showing a second embodiment of a measuring circuit according to the invention for a semi-static double spark ignition. This assembly, comprising two measurement circuits, two high voltage cables and delivering two output signals, can be used to distinguish the cylinder in combustion and that in exhaust.
Les positions respectives des moyens d'alimentation, soit la capacité C en parallèle avec la diode Zéner Z, et des moyens de limitation de courant, soit la résistance R, peuvent permuter par rapport aux deux séries de diodes, comme le montre le schéma électrique de la figure 10.The respective positions of the supply means, that is to say the capacitance C in parallel with the Zener diode Z, and of the current limiting means, that is to say the resistance R, can permute with respect to the two series of diodes, as shown in the electrical diagram. in Figure 10.
Ce circuit de mesure du courant d'ionisation, selon l'invention, délivre un signal Sm au point de mesure Pm dont la représentation temporelle permet de distinguer plusieurs phases. La figure 11 représente le signal d'ionisation Sm en fonction du temps, mesuré par un circuit alimenté par une haute tension négative et se présentant sous forme de tension qui est une fonction monotone du courant d'ionisation dans la bougie, dans le cas de l'amplificateur. Le signal est de signe inverse si la mesure s'effectue pour la haute tension positive. La phase FI, comprise entre les instants t-^ et t3, correspond à la charge de la bobine d'allumage, la phase F2, entre les instants t3 et t4 , correspond à la durée de l'étincelle, et la phase F3 , entre les instants t4 et t^, correspond à la présence ou à l'absence de combustion dans le cylindre, ou à une combustion avec une aérodynamique contrôlée du mélange. Le traitement de ce signal va permettre de détecter le fonctionnement réel du moteur.This ionization current measurement circuit, according to the invention, delivers a signal S m at the measurement point P m whose temporal representation makes it possible to distinguish several phases. FIG. 11 represents the ionization signal S m as a function of time, measured by a circuit supplied by a negative high voltage and in the form of a voltage which is a monotonic function of the ionization current in the spark plug, in the case of the amplifier. The signal is of reverse sign if the measurement is made for positive high voltage. The phase FI, comprised between the instants t- ^ and t 3 , corresponds to the charge of the ignition coil, the phase F2, between the instants t 3 and t 4 , corresponds to the duration of the spark, and the phase F3, between instants t 4 and t ^, corresponds to the presence or absence of combustion in the cylinder, or to combustion with controlled aerodynamics of the mixture. The processing of this signal will make it possible to detect the actual operation of the engine.
Dans ce qui suit, on se place dans le cas du signal de la figure 11, c'est-à-dire pour une mesure sur le fil de haute tension négative, pour expliciter le traitement.In what follows, we place ourselves in the case of the signal of FIG. 11, that is to say for a measurement on the wire. negative high voltage, to explain the treatment.
Pour réaliser le traitement du signal Sm, le dispositif de surveillance selon l'invention comprend de plus des moyens de détection 14 de la commande d'allumage représentés sur le schéma électronique de la figure 12. La diode D haute tension isolatrice, parce qu'elle est légèrement capacitive, laisse passer une partie du signal correspondant à la charge du primaire, qui génère environ 1 kilovolt au secondaire. Ce signal modifie l'état de charge de la capacité C de mesure, passe dans la diode Zéner Z et est détecté par l'étage de mesure du courant sous forme d'un pic de tension p^ . La détection de la présence du signal de commande de l'allumage émis par le module de contrôle d'allumage 100, ou le calculateur d'allumage-injection du véhicule, revient à détecter ce pic p^ de tension et les moyens de cette détection sont constitués par des moyens de comparaison 15 du signal mesuré Sm avec un seuil de tension déterminé par les moyens d'isolement en fonction de la valeur probable du pic de tension, délivrant un signal binaire S -^ de valeur égale à 1 si S est supérieur au seuil, et égale à 0 dans le cas contraire. Pour être sûr de faire la détection du signal de commande, entre les instants t-^ et t3 correspondant à la charge de la bobine d'allumage, et non pendant la phase de combustion, le signal SI est ensuite envoyé sur une des entrées d'un circuit logique ET 16 dont l'autre entrée reçoit le signal de commande d'allumage S délivré par le module d'allumage ou le calculateur d'allumage-injection. Ce signal de commande d'allumage se présente sous forme d'un signal rectangulaire de durée adaptée correspondant à la charge de la bobine. Ce circuit ET délivre un signal logique S2 de valeur 1 quand il y a détection de commande d'allumage et de valeur 0 en cas de problème. Le signal S-, peut aussi être comparé, temporellement ou angulairement, à la position du point mort haut PMH du cylindre dans lequel a eu lieu l'étincelle, dans des moyens de comparaison 17, dans le but de mesurer le degré d'avance à l'allumage.To carry out the processing of the signal S m , the monitoring device according to the invention further comprises means 14 for detecting the ignition control shown in the electronic diagram of FIG. 12. The high voltage insulating diode D, because 'it is slightly capacitive, lets through part of the signal corresponding to the primary load, which generates about 1 kilovolt in secondary. This signal modifies the state of charge of the measurement capacitor C, passes through the Zener diode Z and is detected by the current measurement stage in the form of a voltage peak p ^. The detection of the presence of the ignition control signal emitted by the ignition control module 100, or the ignition-injection computer of the vehicle, amounts to detecting this voltage peak p ^ and the means of this detection are constituted by means of comparison 15 of the measured signal S m with a voltage threshold determined by the isolation means as a function of the probable value of the voltage peak, delivering a binary signal S - ^ of value equal to 1 if S is greater than the threshold, and equal to 0 otherwise. To be sure of detecting the control signal, between the instants t- ^ and t 3 corresponding to the charge of the ignition coil, and not during the combustion phase, the signal SI is then sent to one of the inputs an AND logic circuit 16, the other input of which receives the ignition control signal S delivered by the ignition module or the ignition-injection computer. This ignition control signal is in the form of a rectangular signal of suitable duration corresponding to the load of the coil. This AND circuit delivers a signal logic S 2 of value 1 when ignition control is detected and of value 0 in the event of a problem. The signal S- can also be compared, temporally or angularly, to the position of the top dead center TDC of the cylinder in which the spark took place, in comparison means 17, in order to measure the degree of advance on ignition.
Le dispositif de surveillance selon l'invention comprend aussi des moyens de détection 18 de la continuité du système d'allumage, représentés sur le schéma électronique de la figure 13. Le signal d'ionisation (figure 11) peut présenter une variation de tension, avec changements de signe éventuels, dans le cas où le circuit est continu jusqu'au circuit de mesure. Par contre, dans le cas où le circuit est interrompu juste avant la bougie, le signal d'étincelle sera modifié, et dans le cas où la rupture a lieu avant le circuit de mesure, on ne détecte aucun signal. Les moyens de traitement du signal mesuré Sm sont destinés à détecter d'une part la présence du signal de commande S entre les instants t-^ et t3 assurant la continuité du circuit de mesure, et d'autre part la présence d'une haute tension négative représentative d'une étincelle dans la bougie assurant de la continuité du circuit jusqu'à celle-ci. Pour cela, ils sont constitués par des moyens de comparaison 19 de ce signal mesuré avec un seuil positif destiné à signaler la continuité du circuit de mesure par un signal logique S-, égal à 1 quand le signal est supérieur au seuil et, dans le cas contraire égal à 0, et par des moyens de comparaison 20 avec un seuil négatif destiné à signaler la présence d'une haute tension négative de sortie par un signal binaire S . égal à 1, mais égal à 0 autrement. En prolongeant la sortie des premiers moyens de comparaison 19 pendant quelques millisecondes, par un circuit monostable par exemple, on combine ensuite les deux signaux de sortie S3 et S4 dans un circuit logique ET 21 qui fournit un signal S5 binaire global d'information de détection de problème ou non.The monitoring device according to the invention also comprises means 18 for detecting the continuity of the ignition system, represented on the electronic diagram of FIG. 13. The ionization signal (FIG. 11) can have a voltage variation, with possible sign changes, in the case where the circuit is continuous up to the measurement circuit. On the other hand, in the case where the circuit is interrupted just before the spark plug, the spark signal will be modified, and in the case where the break takes place before the measurement circuit, no signal is detected. The means for processing the measured signal S m are intended to detect on the one hand the presence of the control signal S between the instants t- ^ and t 3 ensuring the continuity of the measurement circuit, and on the other hand the presence of a negative high voltage representative of a spark in the spark plug ensuring continuity of the circuit to it. For this, they are constituted by means of comparison 19 of this measured signal with a positive threshold intended to signal the continuity of the measurement circuit by a logic signal S-, equal to 1 when the signal is greater than the threshold and, in the otherwise equal to 0, and by comparison means 20 with a negative threshold intended to signal the presence of a negative high output voltage by a binary signal S. equal to 1, but equal to 0 otherwise. By extending the release of the first means of comparison 19 for a few milliseconds, by a monostable circuit for example, the two output signals S 3 and S 4 are then combined in an AND logic circuit 21 which provides a global binary signal S 5 of problem detection information or not.
Le dispositif de surveillance selon l'invention peut être également doté de moyens de détection 22 de la charge du circuit de mesure représentés sur le schéma électronique de la figure 14. En effet, à l'instant de l'étincelle, le signal d'ionisation présente un plateau de tension entre les instants t-, et t4 , s'il y a charge, avec une inversion éventuelle brève de la polarité possible en fin d'étincelle, représentée par un second pic de tension p2 , dans un allumage semi- statique (figure 11) . Les moyens de détection 22 comprennent un circuit 23 générant une impulsion S6, créée après une temporisation de 0.5 à 1ms déclenchée par le front descendant du signal de commande d'allumage S provenant du module de contrôle d'allumage 100. Simultanément, le signal d'ionisation mesuré S est comparé à un seuil négatif fixe dans le cas d'une polarité de sortie bobine négative, dans des moyens de comparaison 20, identiques aux moyens 20 décrits dans la figure 13, qui délivrent un signal binaire S4 égal à 1 si le courant est inférieur au seuil, sinon égal à 0. L'impulsion S6 est envoyée sur le "trigger" d'une bascule électronique 25 de type D, dans laquelle entre le signal binaire S4 , cette bascule délivrant un signal Sg d'information sur l'existence d'une charge normale ou non au moment de l'étincelle. De manière équivalente, l'information S4 d'existence d'une étincelle peut ensuite être intégrée sur une durée qui suit la commande Sc comme le montre la figure 15, dans un intégrateur 27 délivrant un signal S±Q I puis comparée à un seuil de durée positif dans un comparateur 28 pour avoir une information sur la qualité de l'étincelle par mesure de sa durée, cette dernière information se présentant sous la forme d'une impulsion S-, -, égale à 1 quand le signal comparé est supérieur au seuil de durée, sachant que la durée normale d'une étincelle de bonne qualité est de quelques millisecondes. Le dispositif de surveillance selon l'invention permet aussi la détection de la combustion dans le cylindre ainsi que le détrompage de cylindre. En effet, le signal d'ionisation de la figure 11 présente, après la phase F2 correspondant à l'étincelle, soit une remontée C-^ avec changement net de signe dans le cas d'une combustion réalisée dans le cylindre où s'est produite l'étincelle, soit une remontée C2 simplement vers la valeur zéro dans le cas où aucune combustion n'a été déclenchée. De plus, en allumage semi-statique, la comparaison entre les signaux d'ionisation provenant de deux cylindres dans lesquels une étincelle a eu lieu en même temps, permet de distinguer aisément le cylindre en combustion de celui en échappement, cette information devant être prise en compte à condition de la comparer à la commande d'injection qui peut être coupée dans certains cas. La phase du F3 signal d'ionisation entre les instants t4 et t5 correspond au signal de combustion et, selon l'invention, est traitée pour vérifier le courant mesuré après la commande d'allumage et après le signal d'étincelle de la phase F2. Pour cela, les moyens 29 de détection de la combustion, représentés sur le schéma électronique de la figure 16, sont constitués par des moyens de détection 30 de la dernière phase du signal d'ionisation, recevant en entrée le signal Sc de commande d'allumage et le signal d'ionisation S mesuré afin d'extraire cette dernière phase du signal s qui commence à p cartir du premier front montant de Sm apparaissant après le front descendant du signal de commande Sc- Le signal S12 ainsi obtenu passe dans des moyens d'intégration 31 dans le temps, pendant 5 à 10 ms ou 90 à 180° d'angle vilebrequin par exemple, qui délivrent un signal S13 que l'on compare ensuite à un seuil de tension fixe dans des moyens de comparaison 32. Le signal Ξ-,4 de sortie de ces derniers donne l'information de combustion ou de non combustion dans le cylindre où s'est produite l'étincelle. Le dispositif de surveillance selon l'invention permet en plus la détection de la présence d'une aérodynamique contrôlée. En effet, le signal d'ionisation de la figure 11 peut présenter, lors de la phase de combustion, des maxima successifs M^, M2, correspondant aux passages de milieux alternativement brûlés et non brûlés. Les variations à très petite échelle correspondent au plissement du front de combustion, les variations à grande échelle correspondent aux passages successifs du noyau de combustion devant la bougie. Cette information peut servir à vérifier le bon fonctionnement d'un volet aérodynamique. On obtient le signal désiré soit en lissant le signal à grande échelle et en vérifiant qu'il reste des maxima détectés par un filtrage passe-bande, soit en moyennant les signaux successifs pour retirer une partie des variations rapides dues aux plissements de la flamme et en filtrant. On peut aussi réutiliser le signal de présence de combustion décrit auparavant et le faire passer dans un filtre passe-bande avant de le comparer à un seuil d'amplitude ou de puissance, comme le montre la figure 17. Cette figure 17 est le schéma électronique d'un exemple de moyens de détection 33 de la présence d'une aérodynamique contrôlée, constitués d'une part par des moyens de déclenchement 34 sur le front descendant du signal de commande d'allumage Sc créant une impulsion rectangulaire S15 de 120° ou 9 ms de durée, et d'autre part par des moyens de comparaison 35 du signal d'ionisation mesuré Sm avec un seuil positif fixe, délivrant un signal impulsionnel S16 dont chaque impulsion est représentative d'un maximum du signal de combustion, envoyé comme l'impulsion S15 sur une entrée d'une porte logique ET 36, dont le signal binaire de sortie donne l'information de combustion ou de non combustion. Ce signal S,7 passe dans un filtre passe-bande 37, à partir duquel on détecte un dépassement de seuil soit sur l'amplitude par des moyens de comparaison 38 avec un seuil positif délivrant un signal présentant autant d'impulsions qu'il existe de maxima dans le. signal d'ionisation, soit sur la puissance en sortie du filtre par des moyens 39.The monitoring device according to the invention can also be provided with means 22 for detecting the load of the measurement circuit shown in the electronic diagram of FIG. 14. Indeed, at the instant of the spark, the signal of ionization presents a voltage plateau between instants t-, and t 4 , if there is charge, with a possible brief reversal of the possible polarity at the end of the spark, represented by a second voltage peak p 2 , in a semi-static ignition (figure 11). The detection means 22 comprise a circuit 23 generating a pulse S 6 , created after a time delay of 0.5 to 1 ms triggered by the falling edge of the ignition control signal S coming from the ignition control module 100. Simultaneously, the signal of measured ionization S is compared to a fixed negative threshold in the case of a negative coil output polarity, in comparison means 20, identical to the means 20 described in FIG. 13, which deliver a binary signal S 4 equal to 1 if the current is less than the threshold, otherwise equal to 0. The pulse S 6 is sent to the "trigger" of an electronic flip-flop 25 of type D, in which enters the binary signal S 4 , this flip-flop delivering a signal S g of information on the existence of a normal charge or not at the time of the spark. Equivalently, the information S 4 of the existence of a spark can then be integrated over a period which follows the command S c as shown in FIG. 15, in an integrator 27 delivering a signal S ± Q I then compared to a positive duration threshold in a comparator 28 to obtain information on the quality of the spark by measuring its duration, this latter information being in the form of a pulse S-, -, equal to 1 when the compared signal is greater than the duration threshold, knowing that the normal duration of a good quality spark is a few milliseconds. The monitoring device according to the invention also allows the detection of the combustion in the cylinder as well as the coding of the cylinder. Indeed, the ionization signal of FIG. 11 presents, after phase F 2 corresponding to the spark, that is to say a rise C- ^ with a clear change of sign in the case of combustion carried out in the cylinder where s' the spark is produced, ie an ascent C 2 simply towards the value zero in the case where no combustion has been started. In addition, in semi-static ignition, the comparison between the ionization signals coming from two cylinders in which a spark took place at the same time, makes it possible to easily distinguish the cylinder in combustion from that in exhaust, this information having to be taken into account on condition of comparing it to the injection control which can be cut in certain cases. The phase of the F 3 ionization signal between the instants t 4 and t 5 corresponds to the combustion signal and, according to the invention, is processed to verify the current measured after the ignition command and after the spark signal of phase F 2 . For this, the combustion detection means 29, represented in the electronic diagram of FIG. 16, are constituted by detection means 30 of the last phase of the ionization signal, receiving as input the signal S c of controlling ignition and ionization signal S measured in order to extract the latter phase of the signal s p c which starts artir the first rising edge of Sm appearing after the falling edge of the control signal S c - S 12 signal thus obtained passes into integration means 31 over time, for 5 to 10 ms or 90 to 180 ° of crankshaft angle for example, which deliver a signal S 13 which is then compared to a fixed voltage threshold in comparison means 32. The output signal Ξ-, 4 of the latter gives information on combustion or non-combustion in the cylinder where the spark occurred. The monitoring device according to the invention also makes it possible to detect the presence of controlled aerodynamics. In fact, the ionization signal of FIG. 11 can have, during the combustion phase, successive maxima M ^, M 2 , corresponding to the passages of alternately burnt and unburnt media. The variations on a very small scale correspond to the folding of the combustion front, the variations on a large scale correspond to the successive passages of the combustion core in front of the spark plug. This information can be used to verify the proper functioning of an aerodynamic component. The desired signal is obtained either by smoothing the signal on a large scale and by checking that there are maximums detected by bandpass filtering, or by using successive signals to remove part of the rapid variations due to the folding of the flame and by filtering. We can also reuse the combustion presence signal described above and pass it through a bandpass filter before comparing it to an amplitude or power threshold, as shown in Figure 17. This Figure 17 is the diagram electronics of an example of means 33 for detecting the presence of controlled aerodynamics, consisting firstly of trigger means 34 on the falling edge of the ignition control signal S c creating a rectangular pulse S 15 of 120 ° or 9 ms duration, and on the other hand by means of comparison 35 of the ionization signal measured S m with a fixed positive threshold, delivering a pulse signal S 16 each pulse of which is representative of a maximum of the signal of combustion, sent like the pulse S 15 to an input of an AND logic gate 36, the binary output signal of which gives information on combustion or non-combustion. This signal S, 7 passes through a bandpass filter 37, from which a threshold is exceeded either on the amplitude by comparison means 38 with a positive threshold delivering a signal having as many pulses as there are of maxima in the. ionization signal, ie on the power output of the filter by means 39.
Le dispositif de surveillance selon l'invention peut encore comprendre des moyens de détection de l'encrassement des bougies. Une bougie encrassée est généralement modélisée comme une résistance de quelques méga-ohms en court-circuit. Si elle n'empêche pas le claquage de l'étincelle, cette dernière va la décrasser. Par contre, si elle empêche le claquage, on constate une modification du signal de charge du circuit de mesure du dispositif de surveillance de l'invention et une absence de combustion. Comme le montre la figure 11, le signal d'étincelle e-, est beaucoup plus court en cas de non claquage - moins de 0.25 ms au lieu de quelques millisecondes habituellement -. La résistance de court-circuit réduit encore ce temps et affaiblit le maximum négatif du signal d'étincelle.The monitoring device according to the invention can also comprise means for detecting the fouling of the candles. A dirty candle is generally modeled as a resistance of a few mega-ohms in short circuit. If it does not prevent the breakdown of the spark, the latter will clean it up. On the other hand, if it prevents breakdown, there is a modification of the load signal of the measurement circuit of the monitoring device of the invention and an absence of combustion. As shown in Figure 11, the spark signal e-, is much shorter in the event of non-breakdown - less than 0.25 ms instead of a few milliseconds usually -. Reduced short circuit resistance this time again and weakens the negative maximum of the spark signal.
Pour cela, le dispositif comporte les moyens de détection représentés sur la figure 15 et déjà décrits, le seuil de durée étant dans ce cas beaucoup plus faible.For this, the device includes the detection means shown in Figure 15 and already described, the duration threshold in this case being much lower.
Il est possible de plus de détecter une rupture d'une bougie du véhicule. L'isolant de la bougie, par suite d'un choc thermique ou à cause de vibrations, peut se fissurer ou casser et l'invention permet alors de détecter la présence d'une étincelle suivie de l'absence d'une combustion. Pour cela, comme le montre la figure 18, il suffit de combiner les moyens 29 de détection d'une combustion (figure 16) et les moyens 22 de détection d'une étincelle de bonne gualité (figure 15) , fonctionnant tous les deux à partir du signal de commande S et du signal d'ionisation mesuré Sm, et de faire entrer leurs signaux de sortie respectifs S14 et S,, dans une bascule bistable 40 qui délivre une information sur le fonctionnement normal ou non de la bougie.It is also possible to detect a rupture of a spark plug in the vehicle. The insulator of the spark plug, as a result of a thermal shock or because of vibrations, can crack or break and the invention then makes it possible to detect the presence of a spark followed by the absence of combustion. For this, as shown in FIG. 18, it suffices to combine the means 29 for detecting a combustion (FIG. 16) and the means 22 for detecting a spark of good quality (FIG. 15), both operating at starting from the control signal S and the measured ionization signal S m , and entering their respective output signals S 14 and S ,, in a flip-flop 40 which delivers information on the normal operation or not of the spark plug.
Il est aussi possible de détecter l'usure des bougies révélée par les variations à très long terme du signal d'ionisation. Cette information d'usure est obtenue par un moyennage d'un point du signal ou d'une partie fixe de celui-ci, mais les temps à prendre en considération étant très lents - à l'échelle de 10 à 100 000 km - il faut adjoindre une mémoire aux moyens de détection. On pourra ne faire les moyennes sur une centaine de cycles que lors du fonctionnement du moteur au ralenti, en phase stable, suivant un démarrage à froid pour conserver des conditions de mesure relativement constantes. Dans certains cas de système d'allumage, il peut être envisagé d'amplifier le signal Sm représentatif du courant d'ionisation par une fonction monotone avant de réaliser le traitement électrique, sans que cela modifie la description précédente.It is also possible to detect the wear of the spark plugs revealed by the very long-term variations in the ionization signal. This wear information is obtained by averaging a point of the signal or a fixed part of it, but the times to be taken into account being very slow - on the scale of 10 to 100,000 km - it a memory must be added to the detection means. We can only do the averages over a hundred cycles when the engine is running at idle, in stable phase, following a cold start to maintain relatively constant measurement conditions. In certain cases of an ignition system, it can be envisaged to amplify the signal S m representative of the ionization current by a monotonic function before carrying out the electrical treatment, without this modifying the preceding description.
Le dispositif de surveillance selon l'invention présente l'avantage de ne pas apporter de modification au système d'allumage semi-statique à bobine, le dispositif étant intercalé entre le secondaire de la bobine d'allumage et la bougie. Il est de plus tout à fait industrialisable et de faible encombrement, ce qui est particulièrement appréciable pour des mesures sous capot. Il présente également une excellente robustesse et une grande facilité d'utilisation grâce à son branchement facile. De plus, il n'y a pas besoin d'alimentation extérieure car il ne prélève qu'une faible partie du signal haute tension. Dans le cas d'un allumage avec une bobine du type bobine-crayon, le dispositif peut être associé ou intégré à cette bobine. II en va de même pour certains types de bougie dans le boîtier desquelles il est possible d'intégrer le dispositif. The monitoring device according to the invention has the advantage of not making any modification to the semi-static ignition coil system, the device being interposed between the secondary of the ignition coil and the spark plug. It is also completely industrializable and compact, which is particularly appreciable for measurements under the hood. It also has excellent robustness and ease of use thanks to its easy connection. In addition, there is no need for an external power supply since it takes only a small part of the high voltage signal. In the case of ignition with a coil of the coil-pencil type, the device can be associated or integrated with this coil. It is the same for certain types of candle in the housing of which it is possible to integrate the device.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de surveillance du système d'allumage d'un moteur à combustion interne comprenant, par cylindre, au moins une bougie entre les électrodes de laquelle est créée une étincelle, comportant une bobine d'allumage dont l'enroulement primaire est relié à un module de puissance d'allumage et dont l'enroulement secondaire est relié à une électrode d'au moins une bougie dont la seconde électrode est reliée à la masse, entre les électrodes de laquelle sont créées des étincelles, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de mesure (5) du courant d'ionisation des gaz dans les cylindres, relié à l'enroulement secondaire (L2) de la bobine (1) et placé en parallèle à la bougie (3) , et constitué par : - des moyens d'alimentation (11) de la mesure réalisés par une capacité (C) qui se charge à l'arrivée du front d'allumage, et se décharge à l'arrêt de l'étincelle;1. Device for monitoring the ignition system of an internal combustion engine comprising, per cylinder, at least one spark plug between the electrodes of which a spark is created, comprising an ignition coil whose primary winding is connected to an ignition power module, the secondary winding of which is connected to an electrode of at least one spark plug, the second electrode of which is connected to ground, between the electrodes from which sparks are created, characterized in that it comprises a circuit for measuring (5) the ionization current of the gases in the cylinders, connected to the secondary winding (L 2 ) of the coil (1) and placed in parallel with the spark plug (3), and consisting of: - means for supplying (11) the measurement produced by a capacitor (C) which charges when the ignition front arrives, and discharges when the spark stops;
- des moyens de conversion (12) en tension, du courant d'ionisation issu de la bougie, réalisés par deux séries de diodes tête-bêche (D-^ et D2) , en sortie desquels se trouve le point de mesure (P ) ;- means for converting (12) into voltage, the ionization current from the spark plug, produced by two series of head-to-tail diodes (D- ^ and D 2 ), at the outlet of which is the measuring point (P );
- des moyens (13) de limitation du courant qui traverse les moyens de conversion (12) , au moment de la charge de la capacité (C) , constitués par une résistance (R) ;- means (13) for limiting the current flowing through the conversion means (12), at the time of charging the capacitor (C), constituted by a resistor (R);
- des moyens (9) d'isolation placés entre la bobine (1) et la bougie (3) et destinés à laisser passer le signal haute tension délivré par l'enroulement secondaire aux instants d'allumage, et à isoler le circuit de mesure à l'arrêt de l'étincelle ; et un système électronique de traitement du signal d'ionisation (s m) mesuré en sortie des moyens de conversion (12) .- means (9) of insulation placed between the coil (1) and the spark plug (3) and intended to let pass the high voltage signal delivered by the secondary winding at the instants of ignition, and to isolate the measurement circuit stopping the spark; and an electronic system for processing the ionization signal ( s m ) measured at the output of the conversion means (12).
2. Dispositif de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (11) d'alimentation du circuit de mesure (5) comprennent aussi une diode Zéner (Z) en parallèle sur la capacité (C) , qui régule la quantité d'énergie stockée dans la capacité (C) , quelle que soit la valeur maximale du front d'allumage et qui, couplée aux moyens (13) de limitation du courant, limite le courant maximum qui traverse la capacité lors de la mesure du courant d'ionisation (Sm) .2. Monitoring device according to claim 1, characterized in that the means (11) for supplying the measuring circuit (5) also comprise a Zener diode (Z) in parallel on the capacitor (C), which regulates the quantity of energy stored in the capacity (C), whatever the maximum value of the ignition front and which, coupled to the means (13) for limiting the current, limits the maximum current which flows through the capacity during the measurement of the current ionization (S m ).
3. Dispositif de surveillance selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens (12) de conversion du circuit de mesure (5) sont constitués par une première série de diodes passantes dans le sens de la mesure de combustion en nombre supérieur au nombre de diodes de la seconde série passantes dans le sens de la décharge.3. Monitoring device according to claims 1 or 2, characterized in that the means (12) for converting the measurement circuit (5) consist of a first series of diodes passing in the direction of the combustion measurement in greater number the number of diodes of the second series passing in the direction of discharge.
4. Dispositif de surveillance selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens (12) de conversion du circuit de mesure (5) sont constitués par deux paires de diodes tête-bêche.4. Monitoring device according to claims 1 or 2, characterized in that the means (12) for converting the measurement circuit (5) consist of two pairs of head-to-tail diodes.
5. Dispositif de surveillance selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens (9) d'isolation du circuit de mesure (5) sont constitués par un éclateur primaire ou par une diode haute tension. 5. Monitoring device according to claims 1 or 2, characterized in that the means (9) for isolating the measurement circuit (5) are constituted by a primary spark gap or by a high voltage diode.
6. Dispositif de surveillance d'un système d'allumage de type distribué comportant un distributeur électromagnétique (32) reliant la bobine d'allumage (1) successivement à chaque bougie du moteur, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de mesure (5) selon les revendications 1 à 5 par cylindre du moteur et en ce que les moyens (9) d'isolation sont constitués par le distributeur (32) lui-même.6. Device for monitoring a distributed type ignition system comprising an electromagnetic distributor (32) connecting the ignition coil (1) successively to each spark plug of the engine, characterized in that it comprises a measurement circuit ( 5) according to claims 1 to 5 per engine cylinder and in that the means (9) of insulation are constituted by the distributor (32) itself.
7. Dispositif de surveillance d'un système d'allumage de type semi-statique dans lequel chacune des deux bornes de l'enroulement secondaire (L2) de la bobine d'allumage (1) est reliée à une bougie, caractérisé en ce qu'il comporte un seul circuit de mesure prévu pour deux cylindres dont l'un fonctionne en combustion pendant que l'autre fonctionne en échappement, et en ce que les moyens (9) d'isolation sont constitués par la bougie reliée au cylindre en échappement.7. Device for monitoring a semi-static type ignition system in which each of the two terminals of the secondary winding (L 2 ) of the ignition coil (1) is connected to a spark plug, characterized in that that it comprises a single measurement circuit provided for two cylinders, one of which operates in combustion while the other operates in exhaust, and in that the means (9) of insulation consist of the spark plug connected to the cylinder in exhaust.
8. Dispositif de surveillance d'un système d'allumage de type semi-statique dans lequel chacune des deux bornes de l'enroulement secondaire (L2^ de la bobine d'allumage (1) est reliée à une bougie, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de mesure (5) par cylindre, relié chacun à une bougie, et en ce que l'une des bornes de la bobine d'allumage est relié au circuit haute tension par l'intermédiaire d'une diode haute tension (D) .8. Device for monitoring a semi-static type ignition system in which each of the two terminals of the secondary winding ( L 2 ^ of the ignition coil (1) is connected to a spark plug, characterized in that that it comprises a measuring circuit (5) per cylinder, each connected to a spark plug, and in that one of the terminals of the ignition coil is connected to the high voltage circuit by means of a high diode voltage (D).
9. Dispositif de surveillance selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le système de traitement (6) du signal d'ionisation mesuré est relié à des moyens d'affichage et ou d'alarme (8) . 9. Monitoring device according to claims 1 to 8, characterized in that the processing system (6) of the measured ionization signal is connected to display and or alarm means (8).
10. Dispositif de surveillance selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le système de traitement (6) du signal d'ionisation mesuré comprend des moyens de détection (14) de la commande d'allumage constitués par :10. Monitoring device according to claims 1 to 8, characterized in that the processing system (6) of the measured ionization signal comprises detection means (14) of the ignition control constituted by:
- des moyens (15) de comparaison du signal mesuré (S_) avec un seuil de tension déterminé, délivrant un signal binaire (S-^) de valeur égale à 1 si le signal mesuré (S ) est supérieur au seuil, et égale à 0 dans le cas contraire ;- Means (15) for comparing the measured signal (S_) with a determined voltage threshold, delivering a binary signal (S- ^) of value equal to 1 if the measured signal (S) is greater than the threshold, and equal to 0 otherwise;
- un circuit logique ET (16) recevant en entrée ledit signal binaire (SI) et le signal de commande d'allumage (Sc) , et délivrant un signal logique (S2) de valeur égale à 1 quand il y a détection de commande d'allumage et de valeur égale à 0 en cas de problème ;- an AND logic circuit (16) receiving as input said binary signal (SI) and the ignition control signal (S c ), and delivering a logic signal (S 2 ) of value equal to 1 when there is detection of ignition command and value equal to 0 in the event of a problem;
- des moyens (17) de comparaison temporelle ou angulaire, du signal (SI) avec la position du point mort haut du cylindre dans lequel a eu lieu l'étincelle, délivrant le degré d'avance à l'allumage.- Means (17) for temporal or angular comparison of the signal (SI) with the position of the top dead center of the cylinder in which the spark took place, delivering the degree of advance on ignition.
11. Dispositif de surveillance selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le système de traitement (6) du signal d'ionisation mesuré comprend des moyens (18) de détection de la continuité du système d'allumage, constitués par :11. Monitoring device according to claims 1 to 8, characterized in that the processing system (6) of the measured ionization signal comprises means (18) for detecting the continuity of the ignition system, constituted by:
- des moyens de comparaison (19) avec un seuil positif destiné à signaler la continuité du circuit jusqu'au point de mesure (Pm) par un signal logique (S3) égal à 1 quand le signal est supérieur à un seuil et, dans le cas contraire égal à 0 ;- comparison means (19) with a positive threshold intended to signal the continuity of the circuit up to the measurement point (P m ) by a logic signal (S 3 ) equal to 1 when the signal is greater than a threshold and, otherwise equal to 0;
- des moyens de comparaison (20) avec un seuil négatif délivrant un signal binaire (S4) égal à 1 en présence d'une haute tension négative de sortie, sinon égal à 0 ; un circuit monostable prolongeant la sortie des premiers moyens de comparaison (19) pendant quelques millisecondes ; un circuit logique ET (21) combinant les deux signaux de sortie (S3) et (S4) respectifs des deux moyens de comparaison (19) et (20) et délivrant un signal (S5) binaire de détection de problème.- comparison means (20) with a negative threshold delivering a binary signal (S 4 ) equal to 1 in the presence a negative high output voltage, otherwise equal to 0; a monostable circuit extending the output of the first comparison means (19) for a few milliseconds; an AND logic circuit (21) combining the two respective output signals (S 3 ) and (S 4 ) of the two comparison means (19) and (20) and delivering a binary problem detection signal (S 5 ).
12. Dispositif de surveillance selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le système de traitement (6) du signal d'ionisation mesuré comprend des moyens (22) de détection de la charge du circuit de mesure (5) constitués par :12. Monitoring device according to claims 1 to 8, characterized in that the processing system (6) of the measured ionization signal comprises means (22) for detecting the charge of the measurement circuit (5) constituted by:
- un circuit (23) générant une impulsion (S6) , créée après une temporisation déclenchée sur le front descendant du signal de commande d'allumage (Sc) ;- a circuit (23) generating a pulse (S 6 ), created after a delay triggered on the falling edge of the ignition control signal (S c );
- des moyens (20) de comparaison du signal d'ionisation mesuré (Sm) à un seuil négatif fixe, délivrant un signal binaire (S4) égal à 1 si le courant est inférieur au seuil, sinon égal à 0 ;- Means (20) for comparing the measured ionization signal (S m ) with a fixed negative threshold, delivering a binary signal (S 4 ) equal to 1 if the current is less than the threshold, otherwise equal to 0;
- une bascule électronique (25) recevant le signal binaire (S4) , et le signal impulsionnel (S&) sur son "trigger", et délivrant un signal (Sg) d'information sur l'existence d'une charge normale ou non au moment de l'étincelle.- an electronic flip-flop (25) receiving the binary signal (S 4 ), and the impulse signal (S & ) on its "trigger", and delivering a signal (S g ) of information on the existence of a normal charge or not at the time of the spark.
13. Dispositif de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (22) de détection de la charge du circuit de mesure (5) comprennent de plus :13. Monitoring device according to claim 1, characterized in that the means (22) for detecting the load of the measurement circuit (5) further comprise:
- un intégrateur (27) recevant le signal binaire (S4) et délivrant un signal (S1Q) ; - des moyens (28) de comparaison du signal (S10) à un seuil de durée positif , délivrant un signal binaire (S-,-,) renseignant sur la qualité de l'étincelle produite par la mesure de sa durée.- an integrator (27) receiving the binary signal (S 4 ) and delivering a signal (S 1Q ); - Means (28) for comparing the signal (S 10 ) with a positive duration threshold, delivering a binary signal (S -, -,) providing information on the quality of the spark produced by measuring its duration.
14. Dispositif de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de traitement (6) du signal d'ionisation mesuré comprend des moyens (29) de détection de la combustion, constitués par : - des moyens de détection (30) de la dernière phase du signal d'ionisation, recevant en entrée le signal (Sc) de commande d'allumage et le signal d'ionisation (Sm) mesuré, et délivrant un signal (si2^ de détection sur le front montant du courant, après déclenchement sur le front descendant du signal de commande ;14. Monitoring device according to claim 1, characterized in that the processing system (6) of the measured ionization signal comprises means (29) for detecting combustion, constituted by: - detection means (30) the last phase of the ionisation signal, receiving in input the signal (s c) for controlling ignition and ionisation signal (m s) measured, and delivering a signal (s ^ i2 detection on the rising edge current, after triggering on the falling edge of the control signal;
- des moyens (31) d'intégration dans le temps du signal (S12) de détection, délivrant un signal (S13) ;- means (31) for integrating the detection signal (S 12 ) over time, delivering a signal (S 13 );
- des moyens (32) de comparaison du signal (S13) à un seuil de tension fixe, délivrant un signal (si4) d'information de combustion ou de non combustion dans le cylindre où s'est produite l'étincelle.- Means (32) for comparing the signal (S 13 ) with a fixed voltage threshold, delivering a signal ( s i4) of combustion or non-combustion information in the cylinder where the spark occurred.
15. Dispositif de surveillance selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le système de traitement15. Monitoring device according to claims 1 to 8, characterized in that the processing system
(6) du signal d'ionisation mesuré comprend des moyens (33) de détection de la présence d'une aérodynamique contrôlée constitués par :(6) of the measured ionization signal comprises means (33) for detecting the presence of controlled aerodynamics constituted by:
- des moyens (34) de déclenchement sur le front descendant du signal de commande d'allumage (Sc) créant un signal (Ξ15) impulsionnel ;- means (34) for triggering on the falling edge of the ignition control signal (S c ) creating a pulse signal (Ξ 15 );
- des moyens (35) de comparaison du signal d'ionisation mesuré (Sm) avec un seuil positif fixe, délivrant un signal impulsionnel (S16) - une porte logique ET (36), recevant en entrée les deux signaux impulsionnels (si5/ s i6^ précédents et délivrant un signal binaire (S17) de sortie donnant l'information de combustion ou de non combustion.- Means (35) for comparing the measured ionization signal (S m ) with a fixed positive threshold, delivering a pulse signal (S 16 ) - an AND logic gate (36), receiving as input the two impulse signals ( s i 5 / s i6 ^ above and delivering an output binary signal (S 17 ) giving information on combustion or non-combustion.
16. Dispositif de surveillance selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la détection de la rupture d'une bougie constituée par :16. Monitoring device according to claims 1 to 8, characterized in that the detection of the rupture of a plug consisting of:
- les moyens (29) de détection d'une combustion délivrant un signal (S14) ;- The means (29) for detecting a combustion delivering a signal (S 14 );
- les moyens (22) de détection d'une étincelle délivrant un signal (S1:L) ;- The means (22) for detecting a spark delivering a signal (S 1: L );
- une bascule bistable (40) recevant en entrée les signaux (S1;L et S-^4) précédents pour délivrer une information sur la fonction d'une bougie.- A flip-flop (40) receiving as input the signals (S 1; L and S- ^ 4 ) above to deliver information on the function of a candle.
17. Dispositif de surveillance selon les revendications 1 à 16 caractérisé en ce qu'il est; associé ou intégré .à la bobine d'allumage dans le cas d'une bobine du type bobine-crayon et/ou à la bougie.17. Monitoring device according to claims 1 to 16 characterized in that it is; associated or integrated .with the ignition coil in the case of a coil of the pencil-coil type and / or with the spark plug.
18. Dispositif de surveillance selon les revendications 1 à 17 , caractérisé en ce que le signal de mesure (Sm) est amplifié par une fonction monotone avant le traitement électronique. 18. Monitoring device according to claims 1 to 17, characterized in that the measurement signal (S m ) is amplified by a monotonic function before the electronic processing.
EP96942402A 1995-12-15 1996-12-13 Internal combustion engine ignition system monitoring device Withdrawn EP0866917A2 (en)

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