FR2742486A1

FR2742486A1 - Dispositif de surveillance du systeme d'allumage d'un moteur a combustion interne

Info

Publication number: FR2742486A1
Application number: FR9514936A
Authority: FR
Inventors: Eric Morillon; Andre Agneray
Original assignee: Renault SAS; Regie Nationale des Usines Renault
Current assignee: Renault SAS; Regie Nationale des Usines Renault
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 1997-06-20
Anticipated expiration: 2015-12-15
Also published as: WO1997022803A3; FR2742486B1; EP0866917A2; WO1997022803A2

Abstract

L'invention concerne un dispositif de surveillance du système d'allumage d'un moteur à combustion interne, comprenant un circuit de mesure du courant d'ionisation des gaz dans les cylindres, relié à l'enroulement secondaire (L2 ) de la bobine et en parallèle à la bougie (3), et constitué par une capacité qui se charge à l'arrivée du front d'allumage et se décharge à l'arrêt de l'étincelle, par deux séries de diodes tête-bêche (D1 , D2 ), par une résistance (R) de limitation du courant, par des moyens (9) d'isolation placés entre la bobine et la bougie et par un système électronique de traitement du signal d'ionisation pour la détection de la commande d'allumage, de la continuité du système d'allumage, de la charge du circuit de mesure, de la combustion, de la présence d'une aérodynamique contrôlée ou encore de la rupture d'une bougie.

Description

DISPOSITIF DE SURVEILLANCE DU SYSTèME D'ALLUMAGE
D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
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.

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 (O.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 autoinflammation réalisée par une étincelle, dont la température est supérieure à 30000C et qui éclate entre les électrodes de la bougie
Pour un bon fonctionnement du moteur, il faut détecter les "misf ire11, 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.

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.

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 - 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 - 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 - 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 - les figures 1 et 3 sont deux exemples d'allumage,
respectivement distribué et semi-statique, comportant
le dispositif de surveillance selon l'invention ;; - les figures 2a à 2d 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 - 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 - la figure 11 est la représentation temporelle du
courant d'ionisation, mesuré par le dispositif de
surveillance selon l'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 - 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 - 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 - la figure 18 est un schéma électronique d'un mode de
réalisation des moyens de détection d'une rupture de
bougie selon l'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 L1 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 2a à 2d. 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 t1.Le courant I1 circulant dans l'enroulement primaire L1 croît jusqu'à une valeur maximum Ilmax due à une régulation de courant, atteinte à l'instant t2 (figure 2b) 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 2c). Puis, à l'instant t3, 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 I1 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 2c), 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 2d). Puis la décharge de la bobine étant terminée à l'instant t4, 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.

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.

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.

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 D1 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 Pm 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 11, 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.

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.

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 F1, comprise entre les instants t1 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 t5, 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.

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.

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 p1.

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 p1 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 S1 de valeur égale à 1 si Sm 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 tl et t3 correspondant à la charge de la bobine d'allumage, et non pendant la phase de combustion, le signal S1 est ensuite envoyé sur une des entrées d'un circuit logique
ET 16 dont l'autre entrée reçoit le signal de commande d'allumage Sc 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 S1 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.

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 5c entre les instants t1 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 S3 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 s4 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 Sg binaire global d'information de détection de problème ou non.

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 t3 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 semistatique (figure 11). Les moyens de détection 22 comprennent un circuit 23 générant une impulsion S6, créée après une temporisation de 0.5 à lms déclenchée par le front descendant du signal de commande d'allumage Sc provenant du module de contrôle d'allumage 100.Simultanément, le signal d'ionisation mesuré Sm 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 S8 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 5c comme le montre la figure 15, dans un intégrateur 27 délivrant un signal S10, 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 Sll 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
C1 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 Sm mesuré afin d'extraire cette dernière phase du signal Sm qui commence à partir 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 180C 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 S14 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 M1, 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 1200 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 S17 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.

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 el 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.

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.

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 qualité (figure 15), fonctionnant tous les deux à partir du signal de commande Sc et du signal d'ionisation mesuré Sm, et de faire entrer leurs signaux de sortie respectifs S14 et dans une bascule bistable 40 qui délivre une information sur le fonctionnement normal ou non de la bougie.

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.

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.

Il en va de même pour certains types de bougie dans le boîtier desquelles il est possible d'intégrer le dispositif.

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 100 de puissance d'allumage produisant un signal de commande d'allumage 5c 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; - des moyens de conversion (12) en tension, du courant

d'ionisation issu de la bougie, réalisés par deux

séries de diodes tête-bêche (D1 et D2), en sortie desquels se trouve le point de mesure (Pm) ) ; - 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) - 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 (Sm) mesuré en sortie des moyens de conversion (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 (S,).

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.

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.

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.

6. Dispositif de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système électronique de traitement (6) du signal d'ionisation mesuré est relié à des moyens d'affichage et ou d'alarme (8).

7. Dispositif de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système électronique de traitement (6) du signal d'ionisation mesuré comprend des moyens de détection (14) de la commande d'allumage constitués par - des moyens (15) de comparaison du signal mesuré (Sm)

avec un seuil de tension déterminé, délivrant un

signal binaire (S1) de valeur égale à 1 si le signal

mesuré (Sm) est supérieur au seuil, et égale à 0 dans

le cas contraire - un circuit logique ET (16) recevant en entrée ledit

signal binaire (S1) et le signal de commande

d'allumage et 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 - des moyens (17) de comparaison temporelle ou

angulaire, du signal (S1) avec la position du point

mort haut du cylindre dans lequel a eu lieu

l'étincelle, délivrant le degré d'avance à

l'allumage.

8. Dispositif de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système électronique de traitement (6) du signal d'ionisation mesuré comprend des moyens (18) de détection de la continuité du système d'allumage, constitués par - 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 - 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.

9. Dispositif de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système électronique de traitement (6) du signal d'ionisation mesuré comprend des moyens (22) de détection de la charge du circuit de mesure (5) constitués par - un circuit (23) générant une impulsion (S6), , créée

après une temporisation déclenchée sur le front

descendant du signal de commande d'allumage (Sc) ; - 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 ; - une bascule électronique (25) recevant le signal

binaire (S4), et le signal impulsionnel (S6) sur son

"trigger", et délivrant un signal (Sg) (S8) d'information

sur l'existence d'une charge normale ou non au moment

de l'étincelle.

10. Dispositif de surveillance selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens (22) de détection de la charge du circuit de mesure (5) comprennent de plus - un intégrateur (27) recevant le signal binaire (S4) et délivrant un signal (S10) îo - des moyens (28) de comparaison du signal (S10) à un

seuil de durée positif , délivrant un signal binaire

(sil) renseignant sur la qualité de l'étincelle

produite par la mesure de sa durée.

11. Dispositif de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système électronique 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 (SIL) de

détection sur le front montant du courant, après

déclenchement sur le front descendant du signal de

commande - des moyens (31) d'intégration dans le temps du signal (S12) de détection, délivrant un signal (S13) ; ; - des moyens (32) de comparaison du signal (S13) à un

seuil de tension fixe, délivrant un signal (S14)

d'information de combustion ou de non combustion dans

le cylindre où s'est produite l'étincelle.

12. Dispositif de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système électronique de traitement (6) du signal d'ionisation mesuré comprend des moyens (33) de détection de la présence d'une aérodynamique contrôlée constitués par - des moyens (34) de déclenchement sur le front

descendant du signal de commande d'allumage (Sc)

créant un signal (S15) impulsionnel ; - 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 (S15, S16) précédents et

délivrant un signal binaire (S17) de sortie donnant

l'information de combustion ou de non combustion.

13. Dispositif de surveillance selon les revendications 10 et 11, caractérisé en ce que la détection de la rupture d'une bougie constituée par - les moyens (29) de détection d'une combustion

délivrant un signal (S14) - les moyens (22) de détection d'une étincelle

délivrant un signal (S1l) - une bascule bistable (40) recevant en entrée les

signaux (S1l et S14) précédents pour délivrer une

information sur la fonction d'une bougie.

14. Dispositif de surveillance selon les revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que le système d'allumage est de type distribué comportant un distributeur électromécanique (32) reliant la bobine d'allumage (1) successivement à chaque bougie du moteur, et en ce que le dispositif comporte un circuit de mesure (5) par cylindre du moteur, les moyens (9) d'isolation étant constitués par le distributeur (32) lui-même.

15. Dispositif de surveillance selon les revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que le système d'allumage est 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, et en ce que le dispositif comporte un seul circuit de mesure (5) prévu pour deux cylindres dont l'un fonctionne en combustion pendant que l'autre fonctionne en échappement, les moyens (9) d'isolation étant constitués par la bougie reliée au cylindre en échappement.

16. Dispositif de surveillance selon les revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que le système d'allumage est 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, et en ce que le dispositif comporte un circuit de mesure (5) par cylindre, relié chacun à une bougie (3), l'une des bornes de l'enroulement secondaire (L2) de la bobine d'allumage étant relié au circuit haute tension par l'intermédiaire d'une diode haute tension (D).

17. Dispositif de surveillance selon la revendication 1, 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.

18. Dispositif de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de mesure (Sm) est amplifié par une fonction monotone avant le traitement électronique.