FR3075276A1 - Circuit d'allumage d'une bougie d'un moteur de vehicule - Google Patents

Abstract

La présente invention a pour objet un dispositif (20) d'allumage d'une bougie d'un moteur (10) de véhicule (1), ledit dispositif (20) comprenant une bougie d'allumage et un circuit de commande (CCMD) de ladite bougie d'allumage. La bougie d'allumage comprend une bobine d'allumage (BA) comportant un circuit primaire (L1), connecté au circuit de commande (CCMD), et un circuit secondaire (L2), configuré pour déclencher une étincelle destinée à enflammer un mélange d'air et de carburant dans une chambre de combustion du moteur (10) du véhicule (1). Le dispositif (20) d'allumage est remarquable en ce qu'il comprend en outre un circuit de contrôle (CCTR) configuré pour limiter la tension aux bornes dudit circuit primaire (L1) à une valeur inférieure à un seuil de tension prédéterminé de manière à empêcher le déclenchement d'une étincelle par le circuit secondaire (L2).

Description

L’invention se rapporte au domaine de l’allumage dans un moteur thermique et concerne plus précisément un circuit de contrôle de l’allumage d’une bougie dans un cylindre d’un moteur à essence de véhicule.

L’invention vise en particulier à limiter le déclenchement d’une étincelle dans une chambre de combustion lorsqu’une demande d’allumage a été enclenchée, mais qu’un événement nécessitant l’interruption d’une telle demande a été détecté.

De manière connue, un moteur thermique de véhicule automobile comprend un ou plusieurs cylindres creux délimitant chacun une chambre de combustion dans laquelle est injecté un mélange d’air et de carburant. Ce mélange est compressé dans le cylindre par un piston et enflammé de manière à provoquer le déplacement du piston en translation à l’intérieur du cylindre. Le déplacement des pistons entraîne en rotation un arbre moteur, connu sous le nom de « vilebrequin >> permettant, via un système de transmission, d’entraîner en rotation les roues du véhicule.

Dans le cas d’un moteur thermique à essence, pour chaque chambre de combustion, l’inflammation du mélange d’air et de carburant est provoquée par une étincelle générée par un circuit électrique, appelé circuit d’allumage. De manière connue, un tel circuit d’allumage comprend une bougie d’allumage et un circuit de commande de ladite bougie d’allumage. La bougie d’allumage comporte une bobine d’allumage comprenant un circuit primaire et un circuit secondaire. Le circuit primaire est connecté d’une part à la batterie d’alimentation du véhicule et d’autre part au circuit de commande. Le circuit secondaire est disposé dans la chambre de combustion afin de provoquer l’étincelle qui enflamme le mélange.

Le circuit de commande est contrôlé par un microcontrôleur d’un calculateur du véhicule, de type ECU, pour Electronic Control Unit en langue anglaise. On a représenté sur la figure 1 un circuit d’allumage d’une solution existante. Dans cet exemple, le circuit de commande de ce circuit d’allumage présente, en entrée, une borne de commande CMD IGN, reliée à un microcontrôleur MCU, et, en sortie, une borne de chargement définie au niveau d’un premier point de connexion P1 et reliée au circuit primaire L1 de la bobine d’allumage BA.

Afin de contrôler la bougie d’allumage BA, le circuit de commande comprend une résistance R1 connectée sur la grille G1 d’un transistor T1, de type MOSFET ou IGBT, et une résistance R2 connectée entre la source S1 du transistor T1 et une masse M, le drain D1 du transistor T1 étant connecté à la borne de chargement du circuit primaire L1 de la bobine d’allumage BA au niveau du premier point de connexion P1.

En fonctionnement du circuit d’allumage, à chaque fois qu’il est nécessaire d’enflammer le mélange d’air et de carburant, le microcontrôleur MCU commande dans un premier temps, via la résistance R1, la fermeture du transistor T1. Il en résulte la circulation d’un courant entre la batterie BAT, reliée au circuit primaire L1 au niveau d’un deuxième point de connexion P2, et la masse M. Ce courant circule successivement dans le circuit primaire L1, le transistor T1 et la résistance R2, permettant ainsi de stocker de l’énergie magnétique dans ledit circuit primaire L1. Dans un deuxième temps, le microcontrôleur MCU commande l’ouverture du transistor T1, ce qui entraîne alors une décharge de très haute tension de l’énergie stockée dans le circuit primaire L1 dans le circuit secondaire L2 de la bobine d’allumage BA, provoquant une étincelle dans la chambre de combustion.

Il est donc nécessaire de maintenir la fermeture du transistor T1 pendant une durée suffisamment importante pour emmagasiner assez d’énergie pour provoquer une étincelle, une telle durée étant par exemple de l’ordre de 5 millisecondes.

Cependant, une fois que le transistor T1 est fermé, le déclenchement de l’étincelle ne peut être évité, ce qui présente un inconvénient majeur. En effet, dans certains cas, il peut être nécessaire d’interrompre la charge après la fermeture du transistor T1 afin d’éviter de provoquer l’étincelle.

A titre d’exemple, dans le cas d’un démarrage d’un motocycle à la pédale (connue sous l’appellation « kick-starter >> et communément désignée « kick >>), une pression insuffisante de la pédale peut conduire à une compression insuffisante du mélange d’air et de carburant dans la chambre de combustion. Dans ce cas, il n’est pas souhaitable de provoquer l’inflammation du mélange, qui pourrait provoquer un retour de pédale dans la jambe de l’utilisateur. Dans un autre exemple, lorsqu’un moteur de véhicule automobile est en cours d’arrêt, il n’est plus nécessaire d’allumer le mélange compressé dans les cylindres et la charge des bougies doit donc être interrompue.

L’invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une solution simple, fiable et efficace permettant de prévenir l’allumage d’une bougie et donc la génération d’une étincelle, lorsque celle-ci n’est pas souhaitée.

L’invention a notamment pour but de contrôler l’allumage d’un moteur lorsque la commande du transistor a été initiée et qu’un événement de contre-indication a été détecté.

A cette fin, l’invention a tout d’abord pour objet un dispositif d’allumage d’une bougie d’un moteur thermique de véhicule, ledit dispositif comprenant une bougie d’allumage et un circuit de commande de ladite bougie d’allumage, ladite bougie d’allumage comprenant une bobine d’allumage comportant un circuit primaire, connecté audit circuit de commande d’une part, et destiné à être connecté à une batterie d’alimentation et à une masse du véhicule d’autre part, et un circuit secondaire, configuré pour déclencher une étincelle destinée à enflammer un mélange d’air et de carburant dans une chambre de combustion du moteur, ledit circuit de commande comprenant une borne d’entrée destinée à être reliée à un microcontrôleur d’un calculateur de contrôle dudit véhicule, une borne de sortie reliée au circuit primaire de la bobine d’allumage et un premier interrupteur apte à être contrôlé par le microcontrôleur via la borne d’entrée du circuit de commande afin de commuter entre une position ouverte dans laquelle la borne de sortie est déconnectée de la masse et une position fermée dans laquelle la borne de sortie est connectée à la masse de manière à charger le circuit primaire en énergie électrique. Le dispositif est remarquable en ce qu’il comprend en outre un circuit de contrôle configuré pour, suite à la détection d’un événement entraînant la nécessité de prévenir la génération d’une étincelle dans la chambre de combustion, être commandé par le microcontrôleur afin de limiter la tension aux bornes du circuit primaire à une valeur inférieure à un seuil de tension prédéterminé de manière à empêcher le déclenchement d’une étincelle par le circuit secondaire.

Le dispositif selon l’invention permet ainsi avantageusement d’empêcher le déclenchement d’une étincelle dans une chambre de combustion lorsque la charge de la bobine d’allumage a été initiée mais que le calculateur a détecté un événement contreindiquant la combustion du mélange d’air et de carburant dans une chambre de combustion.

De préférence, le seuil de tension prédéterminé est inférieur à 50 Volts, afin de s’assurer que la tension aux bornes du circuit secondaire de la bobine d’allumage est suffisament basse pour ne pas provoquer d’étincelle.

Selon une forme de réalisation préférée de l’invention, le circuit de contrôle est relié à la borne de sortie du circuit de commande et comprend une borne d’entrée du circuit de contrôle destinée à être reliée au microcontrôleur, un deuxième interrupteur, un troisième interrupteur et une diode Zener, ledit deuxième interrupteur étant connecté entre la borne d’entrée du circuit de contrôle et le troisième interrupteur, ledit troisième interrupteur étant connecté entre le deuxième interrupteur et la diode Zener, ladite diode Zener étant connectée entre le troisième interrupteur et la borne de sortie du circuit de commande. Un tel agencement de composants permet, lorsqu’un signal d’activation est reçu sur la borne d’entrée du circuit de commande, de limiter la tension sur le circuit primaire de la bobine d’allumage.

Avantageusement, le troisième interrupteur est un transistor de type bipolaire comprenant une base, un émetteur et un collecteur, la base étant connectée au deuxième interrupteur, l’émetteur étant relié à la diode Zener et le collecteur étant relié à la borne d’entrée du circuit de commande.

Selon une forme de réalisation alternative, le troisième transistor pourrait également être un transistor de type MOS.

Selon un aspect de l’invention, le circuit de commande comprend une première résistance, connectée entre la borne d’entrée du circuit de commande et le troisième interrupteur, et une deuxième résistance connectée entre le premier interrupteur et la masse.

Dans une forme de réalisation, le circuit de contrôle comprend en outre une troisième résistance connectée entre la borne d’entrée du circuit de contrôle et le deuxième interrupteur, une quatrième résistance connectée entre le deuxième interrupteur et le troisième interrupteur.

De manière avantageuse, le deuxième interrupteur est un transistor de type bipolaire comprenant une base, un émetteur et un collecteur, la base étant connectée à la borne d’entrée du circuit de contrôle, l’émetteur étant connecté à la base du troisième interrupteur via la quatrième résistance et le collecteur étant connecté à la masse, le circuit de contrôle comprenant en outre une cinquième résistance connectée entre la base du deuxième interrupteur et la masse.

Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de contrôle comprend en outre une diode connectée entre la diode Zener et la borne de sortie du circuit de commande. De tels composants permettent à l’ensemble de la fonction, lorsque le signal de la borne d’entrée du circuit de commande est activé, de limiter la tension sur le circuit primaire de la bobine d’allumage.

Avantageusement, le circuit de contrôle comprend en outre une sixième résistance connectée entre la diode et la borne de sortie du circuit de commande.

De manière préférée, le circuit de contrôle comprend en outre une branche connectée d’une part au troisième interrupteur, plus précisément à la base du transistor formant le troisième interrupteur, et comprenant une septième résistance, une huitième résistance et une capacité connectée en série.

De manière avantageuse, le premier interrupteur étant un premier transistor de type MOSFET comprenant une source, un drain et une grille, la première résistance est connectée à la borne d’entrée du circuit de commande et à la grille dudit premier transistor, et la deuxième résistance est connectée entre la source du premier transistor et la masse, le drain du premier transistor étant connecté à la borne de sortie. De tels composants permettent à l’ensemble de la fonction, lorsque le signal de la borne d’entrée du circuit de commande est activé, de limiter la tension sur le circuit primaire de la bobine d’allumage.

L’invention a également pour objet un calculateur pour véhicule automobile, ledit véhicule comprenant un moteur thermique comprenant au moins un cylindre définissant une chambre de combustion et au moins un dispositif d’allumage tel que présenté précédemment, ledit calculateur comprenant un microcontrôleur configuré pour générer de manière périodique un courant de commande sur la borne d’entrée du circuit de commande de manière à activer une borne de commande du premier interrupteur, pour détecter un évènement entraînant la nécessité de prévenir la génération d’une étincelle dans la chambre de combustion lors de la commande en courant de la borne de commande du premier interrupteur et pour générer un courant de commande sur la borne d’entrée du circuit de contrôle suite à la détection d’un événement entraînant la nécessité de prévenir la génération d’une étincelle dans la chambre de combustion de manière à empêcher le déclenchement d’une étincelle par le circuit secondaire dans la chambre de combustion.

L’invention concerne en outre un véhicule automobile comprenant un moteur thermique comprenant au moins un cylindre définissant une chambre de combustion, au moins un dispositif d’allumage tel que présenté précédemment et un calculateur tel que présenté précédemment.

Enfin, l’invention a pour objet un procédé de limitation de la tension aux bornes d’un circuit primaire d’une bobine d’allumage d’un dispositif d’allumage d’une bougie d’allumage d’un moteur de véhicule, ladite bobine d’allumage étant configurée pour générer une étincelle dans une chambre de combustion dudit moteur du véhicule, ledit dispositif d’allumage comprenant un circuit de commande et un circuit de contrôle, ledit véhicule comprenant un calculateur comprenant un microcontrôleur, ledit procédé comprenant les étapes de génération par le microcontrôleur d’un courant de commande sur une borne d’entrée du circuit de commande, de manière à activer une borne de commande du premier interrupteur, de chargement en tension du circuit primaire de la bobine d’allumage, de détection d’un évènement entraînant la nécessité de ne pas générer une étincelle dans ladite chambre de combustion du moteur du véhicule, d’activation par le microcontrôleur d’une borne d’entrée du circuit de contrôle du dispositif d’allumage, de fermeture d’un deuxième interrupteur du circuit de contrôle, de fermeture d’un troisième interrupteur du circuit de contrôle, d’arrêt du chargement en tension du circuit primaire de la bobine d’allumage, et de décharge par le premier interrupteur de l’énergie emmagasinée dans le circuit primaire de la bobine d’allumage.

La figure 1 illustre schématiquement un circuit d’allumage selon l’art antérieur.

La figure 2 illustre schématiquement un circuit d’allumage selon un exemple de forme de réalisation de l’invention.

La figure 3 est un schéma bloc du procédé selon un exemple de réalisation de l’invention.

Le dispositif d’allumage selon l’invention est présenté ci-après en vue d’une installation dans un véhicule automobile ou dans un motocycle. Cependant, toute installation dans un contexte différent, en particulier pour tout véhicule comprenant un moteur dont l’allumage préalablement initié doit être stoppé suite à la détection d’un évènement contre-indiquant un tel allumage est également visée par l’invention.

Comme cela est connu, un moteur à combustion de véhicule automobile comprend un ou plusieurs cylindres creux délimitant chacun une chambre de combustion dans laquelle est injecté un mélange d’air et de carburant. Ce mélange est compressé dans le cylindre par un piston et enflammé de manière à provoquer le déplacement du piston en translation à l’intérieur du cylindre. Le déplacement des pistons dans chaque cylindre du moteur entraîne en rotation un arbre moteur connu sous la désignation « vilebrequin >> permettant, via un système de transmission, d’entraîner en rotation les roues du véhicule. Pour chaque chambre de combustion, l’inflammation du mélange d’air et de carburant est provoquée par une étincelle générée par un dispositif d’allumage comprenant un circuit électrique.

On a représenté à la figure 2 un exemple schématique de véhicule 1 selon l’invention. Dans cet exemple, le véhicule 1 comprend un moteur 10 thermique comprenant un cylindre 110 définissant une chambre de combustion, un dispositif 20 d’allumage, un calculateur de contrôle (non représenté) dudit dispositif 20 d’allumage et une batterie 40 d’alimentation.

Le dispositif 20 comprend une bougie d’allumage se présentant sous la forme d’une bobine d’allumage BA et un circuit de commande CCMD de ladite bobine d’allumage BA.

Le calculateur, désigné ECU en langue anglaise pour Electronic Control Unit comprend un microcontrôleur 30, désigné MCU en langue anglaise pour Microcontroller Unit, configuré pour commander le circuit de commande CCMD du dispositif 20 d’allumage, afin de générer l’étincelle dans la chambre de combustion du cylindre 110.

Dans l’exemple illustré à la figure 2, la bobine d’allumage BA, de préférence une bobine à inductance, comprend un circuit primaire L1 et un circuit secondaire L2. Un tel agencement de bobine étant connue en soi, il ne sera pas davantage détaillé ici.

Le circuit primaire L1 est connecté d’une part à la batterie 40 et d’autre part au circuit de commande CCMD, le circuit secondaire L2 est disposé dans la chambre de combustion du cylindre 110 afin de provoquer l’étincelle recherchée dans le but d’enflammer le mélange d’air et de carburant contenu dans le cylindre 110.

En pratique, le circuit primaire L1 est configuré pour emmagasiner dans un premier temps de l’énergie électromagnétique, puis, dans un second temps, déclencher une élévation importante de la tension définie aux bornes du circuit secondaire L2 afin de provoquer une étincelle dans la chambre de combustion, comme cela sera décrit plus en détails par la suite.

Circuit de commande CCMD

Toujours en référence à la figure 2, le circuit de commande CCMD de l’allumage d’une telle bobine d’allumage BA comprend une borne d’entrée CMD IGN du circuit de commande CCMD et une borne de sortie (ou premier point de connexion) P1. La borne d’entrée CMD IGN du circuit de commande CCMD est reliée au microcontrôleur 30 afin de générer sur la borne d’entrée CMD ING du circuit de commande CCMD un courant dans le circuit de commande CCMD de quelques milliampères. La borne d’entrée CMD ING du circuit de commande CCMD est en outre connectée à une première résistance R1 permettant de limiter les perturbations du courant électrique dans le circuit de commande CCMD.

La première résistance R1 est reliée à un premier interrupteur qui est configuré pour ouvrir et fermer le circuit de commande CCMD. Dans cet exemple, le premier interrupteur se présente sous la forme d’un transistor IGBT (signifiant « Insulated Gâte Bipolar Transistor >> en langue anglaise) ou de type MOSFET à enrichissement de type N. Le premier interrupteur, désigné par la suite premier transistor T1, permet une commutation rapide, limitant ainsi les puissances par commutation.

Le premier transistor T1 comprend une grille G1, un drain D1 et une source S1 et est configuré pour être désactivé à l’état de repos et activé à l’état commandé. Par le terme « activé », on entend que l’interrupteur est fermé (i.e. que le premier transistor T1 est électriquement conducteur) et par le terme « désactivé >> on entend que l’interrupteur est ouvert (i.e. que le premier transistor T1 n’est pas électriquement conducteur).

La source S1 du premier transistor T1 est reliée à une deuxième résistance R2, connectée à la masse M et le drain D1 du premier transistor T1 est relié à la borne de sortie P1 du circuit de commande CCMD.

La grille G1 du premier transistor T1 est connectée à la première résistance R1 de manière à permettre la commande en courant du premier transistor T1. Lorsque la grille G1 est chargée par un courant de commande, le premier transistor T1 s’active de sorte à conduire le courant entre la source S1 et le drain D1. L’activation du premier transistor T1 permet la circulation du courant entre la batterie 40 et la masse M via le circuit primaire L1.

Ainsi, en fonctionnement du moteur 10, à chaque fois qu’il est nécessaire d’enflammer le mélange d’air et de carburant dans la chambre de combustion, le microcontrôleur 30 du calculateur est configuré pour commander dans un premier temps, via la résistance R1, l’activation du premier transistor T1 de sorte à permettre la circulation d’un courant, généré par la batterie 40, entre la batterie 40 (au niveau d’un deuxième point de connexion P2) et la masse M, un tel courant circulant via le circuit primaire L1 de la bobine d’allumage BA, le premier transistor T1 et une deuxième résistance R2.

La circulation d’un courant électrique dans le circuit primaire L1 permet de stocker de l’énergie magnétique dans le circuit primaire L1 de manière connue en soi. En outre, en fonctionnement classique de la bougie d’allumage, le microcontrôleur 30 est configuré pour commander dans un deuxième temps l’ouverture du premier transistor T1 en désactivant le signal généré sur la borne d’entrée CMD IGN du circuit de commande CCMD. Une telle ouverture provoque alors une décharge de très haute tension dans le circuit secondaire L2 de la bobine d’allumage BA, qui entraîne la génération d’une étincelle dans la chambre de combustion.

Selon une forme de réalisation préférée de l’invention, le microcontrôleur 30 est en outre configuré pour détecter un événement contre-indiquant le déclenchement d’une étincelle dans la chambre de combustion. Un tel événement correspond par exemple au cas où le moteur 10 est en phase d’arrêt, phase au cours de laquelle la compression du mélange d’air et de carburant dans le cylindre 110 est insuffisante et ne nécessite pas d’allumage.

Pour cela, selon l’invention, le dispositif 20 comprend en outre un circuit de contrôle CCTR de l’allumage, configuré pour inhiber le déclenchement de l’étincelle dans la chambre de combustion du cylindre 110. Le circuit de contrôle CCTR est configuré pour être commandé par le microcontrôleur 30 lorsque ce dernier détecte un événement tel que décrit précédemment.

Circuit de contrôle CCTR

Le circuit de contrôle CCTR a pour but de créer une différence de potentiel entre le deuxième point de connexion P2, entre la batterie 40 et le circuit primaire L1 de la bobine d’allumage BA, et la borne de sortie P1, de manière à permettre dans un premier temps l’arrêt de la charge circuit primaire L1 par la batterie 40.

Le circuit de contrôle CCTR est en outre configuré pour permettre, dans un deuxième temps, la décharge de l’énergie stockée dans le circuit primaire L1 de la bobine d’allumage BA.

Pour cela, le circuit de contrôle CCTR comprend une borne d’entrée CMD CLAMP du circuit de contrôle CCTR, reliée au microcontrôleur 30 du véhicule 1, permettant d’activer la limitation de la tension aux bornes du circuit primaire L1 de la bobine d’allumage BA, par exemple à une tension inférieure à 50 Volts.

Selon une forme de réalisation préférée de l’invention, le dispositif 20, décrit depuis la borne d’entrée CMD CLAMP du circuit de contrôle CCTR, reliée au microcontrôleur 30, jusqu’à la bobine d’allumage BA, comprend tout d’abord une troisième résistance R3, connectée à la fois à la borne d’entrée CMD CLAMP du circuit de contrôle

CCTR et à un deuxième interrupteur. Ce deuxième interrupteur, désigné deuxième transistor T2, se présente par exemple sous la forme d’un transistor bipolaire NPN, permettant avantageusement, de contrôler le passage du courant dans le circuit de contrôle.

Le deuxième transistor T2 comprend une base B2, connectée à la troisième résistance R3 au niveau d’un troisième point de connexion P3, un collecteur F2, relié à la masse M, et un émetteur E2 connecté à une quatrième résistance R4.

Une cinquième résistance R5 est en outre reliée d’une part au troisième point de connexion P3, entre la troisième résistance R3 et le deuxième transistor T2, et, d’autre part, à la masse M, de manière à permettre de s’assurer que le deuxième transistor T2 ne s’active pas lorsque le calculateur du véhicule est en phase de redémarrage de type remise à zéro.

La quatrième résistance R4 est connectée d’une part à l’émetteur E2 du deuxième transistor T2 et, d’autre part, à un troisième interrupteur, configuré pour ouvrir et fermer le circuit de contrôle CCTR.

De manière préférée, le troisième interrupteur, désigné troisième transistor T3, se présente sous la forme d’un transistor bipolaire de type PNP. Le troisième transistor T3 comprend un collecteur F3, connecté au circuit de commande CCMD au niveau d’un quatrième point de connexion P4 situé entre la première résistance R1 et la base B1 du premier transistor T1 du circuit de commande CCMD, une base B3 connectée à la quatrième résistance R4 au niveau d’un cinquième point de connexion P5 et un émetteur E3 relié à une diode Zener DZ1.

L’association du deuxième transistor T2 et du troisième transistor T3 permet avantageusement au microcontrôleur 30 de pourvoir activer ou non le signal de la borne d’entrée CMD CLAMP du circuit de contrôle CCTR au circuit primaire L1 de la bobine d’allumage BA.

La diode Zener DZ1 permet de conduire le courant en limitant l’intensité de ce dernier afin de maintenir la tension définie entre la borne de sortie P1 et la masse M à une valeur contrôlée faible, de préférence inférieure à 50 V, permettant de maintenir le premier transistor T1 fermé, même lorsque le courant de commande du circuit de commande CCMD n’est pas généré par le microcontrôleur 30.

Pour cela, la diode Zener DZ1 est connectée, d’une part, à l’émetteur E3 du troisième transistor T3 et, d’autre part, à une deuxième diode D, n’autorisant le passage du courant que dans le sens allant de la bobine d’allumage BA vers l’émetteur E3 du troisième transistor T3. La diode Zener DZ1 permet ainsi de créer une différence de potentiel entre la borne de sortie P1 et la masse M plus élevée qu’entre le deuxième point de connexion P2 et la masse M de manière à stopper la charge du circuit primaire L1 par la batterie 40.

La diode D est connectée d’une part à la diode Zener DZ1 et, d’autre part, à une sixième résistance R6, elle-même connectée à la borne de sortie P1. Une telle diode D est configurée pour ne permettre le passage du courant que depuis la bobine d’allumage BA vers la diode Zener DZ1 dans le circuit de contrôle CCTR.

En parallèle de la diode Zener DZ1, la diode D et la sixième résistance R6, le circuit de contrôle CCTR comprend avantageusement, dans l’exemple non limitatif de la figure 2, une deuxième branche, connectée d’une part à la borne de sortie P1 du circuit de commande CCMD, et d’autre part au cinquième point de connexion P5, entre la quatrième résistance R4 et la base B3 du troisième transistor T3.

Cette deuxième branche comprend une septième résistance R7 connectée d’une part au cinquième point de connexion P5 et d’autre part à une huitième résistance R8, elle-même reliée à une capacité C1, connectée à la borne de sortie P1 du circuit de commande CCMD. La deuxième branche permet de limiter les variations de la tension définie entre le drain D1 du premier transistor T1 et la masse M. A cette fin, lorsque les variations de tension provenant du circuit primaire L1 sont trop élevées, la capacité C1 se charge à la borne de sortie P1 et se décharge via la huitième résistance R8 de manière à réguler la tension définie entre le drain D1 du premier transistor T1 et la masse M.

Fonctionnement

Le microcontrôleur 30 actionne de manière périodique un signal d’activation du circuit de commande CCMD. Un tel signal, introduit par la borne d’entrée CMD IGN du circuit de commande CCMD, permet d’activer le premier transistor T1 afin qu’il devienne conducteur et que le circuit primaire L1 soit chargé par la batterie 40. Cette activation correspond à la génération, par le microcontrôleur 30, d’un courant électrique de commande au niveau de la grille G1 du premier transistor T1 pendant une durée prédéterminée afin que ledit premier transistor T1 s’active et devienne ainsi conducteur entre la borne de sortie P1 et la masse M via la résistance R2.

Lorsque ce courant de commande a été envoyé par le microcontrôleur 30 au premier transistor T1, sa durée d’envoi n’est pas modifiable, c’est-à-dire que le premier transistor T1 est fermé pendant toute la durée de la commande puis s’ouvre de nouveau. Lorsqu’il est nécessaire de ne pas provoquer l’étincelle, étant donné qu’il n’est pas possible d’interrompre le courant de commande, le circuit de contrôle CCTR permet de contrôler la valeur de la tension aux bornes du circuit primaire L1 tout en évacuant l’énergie stockée par ledit circuit primaire L1 depuis le début de la commande en courant du premier transistor T1 par le microcontrôleur 30.

Il va dorénavant être décrit, en référence à la figure 3, étape par étape, le procédé de limitation de la tension aux bornes du circuit primaire L1 selon un mode de réalisation préféré de l’invention.

Tout d’abord, dans une première étape A1, comme mentionné ci-avant, le microcontrôleur 30 génère sur la borne d’entrée CMD IGN du circuit de commande CCMD un courant de commande qui active le premier transistor T1. Ce courant de commande traverse la première résistance R1 et sature la grille G1 du premier transistor T1 de sorte à conduire le courant entre la source S1 et le drain D1 du premier transistor T1, autrement dit, de sorte à activer le premier transistor T1 pour qu’il devienne électriquement conducteur.

Ce faisant, le premier transistor T1 autorise le passage du courant depuis la batterie 40 jusqu’à la masse M via le circuit primaire L1 de la bobine d’allumage BA, le premier transistor T1 et la deuxième résistance R2.

La circulation du courant dans le circuit primaire L1 permet de charger, dans une étape A2, le circuit primaire L1, c’est-à-dire de stocker de l’énergie dans le circuit primaire L1.

Si aucun événement nécessitant l’arrêt du processus de déclenchement de l’étincelle dans une chambre de combustion n’est détecté, le microcontrôleur 30 désactive le signal de commande de la borne d’entrée CMD IGN du circuit de commande CCMD. Au terme de la durée de commande, le premier transistor T1 s’ouvre, c’est-à-dire que le courant ne peut plus circuler entre la source S1 et le drain D1 du premier transistor T1. L’énergie emmagasinée dans le circuit primaire L1 de la bobine d’allumage BA pendant la fermeture du premier transistor T1 définit une très haute tension, par exemple de plusieurs milliers de Volts, entre le circuit primaire L1 et le circuit secondaire L2, dont le potentiel est nul pendant la fermeture du premier transistor T1. L’ouverture du premier transistor T1 provoque le transfert de l’énergie stockée dans le circuit primaire L1 dans le circuit secondaire L2, ce qui génère une étincelle entraînant l’allumage de la bougie.

Cependant, en cas de détection (étape A3), par le microcontrôleur 30 pendant la durée de commande du premier transistor T1 (i.e. lorsque le premier transistor T1 est activé), d’un événement contre-indiquant le déclenchement d’une étincelle dans une chambre de combustion, le microcontrôleur 30 active le circuit de contrôle CCTR dans une étape A4 afin d’une part de contrôler la tension aux bornes du circuit primaire L1 pour stopper le chargement en énergie du circuit primaire L1 et d’autre part d’évacuer l’énergie stockée dans ledit circuit primaire L1.

A cette fin, dans l’exemple du circuit décrit sur la figure 2, le microcontrôleur 30 génère tout d’abord sur la borne d’entrée CMD CLAMP du circuit de contrôle CCTR, un courant électrique de commande qui active le deuxième transistor T2.

Plus précisément, ce courant traverse la troisième résistance R3 et sature la base B2 du deuxième transistor T2, qui s’active (i.e. devient conducteur entre son émetteur E2 et son collecteur F2) dans une étape A5. Le deuxième transistor T2 étant relié à la masse M, celui-ci permet la conduction du courant dans la quatrième résistance R4 et la saturation de la base B3 du troisième transistor T3, permettant la fermeture de ce dernier, dans une étape A6.

Le troisième transistor T3 étant activé, le courant traverse alors le circuit de contrôle CCTR, depuis la borne de sortie P1 jusqu’à la borne de commande du transistor T1 (grille G1) de sorte à maintenir le premier transistor T1 activé, même lorsque le courant de commande envoyé par le microcontrôleur 30 dans la borne d’entrée CMD IGN du circuit de commande CCMD est désactivé.

Lorsque le troisième transistor T3 est activé, la diode Zener DZ1 conduit en limitant la tension à ses bornes, par exemple à 50 V, de sorte à maintenir la tension à la borne de sortie P1 à une valeur contrôlée faible, par exemple de l’ordre de 38 V. Autrement dit, l’activation du troisième transistor T3 permet de s’assurer que la tension définie entre la borne de sortie P1 du circuit de commande CCMD et la masse M soit supérieure à la tension définie au borne de la diode Zener DZ1. Une telle différence de potentiel permet de stopper, dans une étape A7, la charge du circuit primaire L1 de la bobine d’allumage BA par la batterie 40.

A titre d’exemple, si le courant introduit par le microcontrôleur 30 génère sur la borne d’entrée CMD IGN du circuit de commande CCMD un courant de commande de 5V et si la batterie 40 présente un courant de 12V, lorsque la borne d’entrée CMD CLAMP du circuit de contrôle CCTR n’est pas activée, le circuit de commande CCMD permet la charge du circuit primaire L1 de la bobine d’allumage BA par la différence de potentiel allant de 12V depuis la batterie 40 jusqu’au premier transistor T1, alors à 5V puis à la masse M.

En revanche, lorsque la borne d’entrée CMD CLAMP du circuit de contrôle CCTR est active, la diode Zener DZ1 est connectée en sortie avec un potentiel de 5V et permet par exemple une élévation de la tension de 16V (pour une tension Zener de 16 V), résultant en une tension définie entre le premier point de connexion P1 et la masse M de 21 V. La tension définie entre le deuxième point de connexion P2 et la masse M étant par exemple de l’ordre de 12 V, le chargement du circuit primaire L1 se trouve ainsi stoppé.

Lorsque le troisième transistor T3 s’active et fixe le potentiel au niveau de la borne de sortie P1, c’est-à-dire fixe la tension aux bornes du circuit primaire L1, l’énergie accumulée par le circuit primaire L1 ne peut que s’évacuer, dans une étape A8, vers le point de potentiel le plus faible par le chemin le moins résistif, c’est-à-dire vers la masse

M à travers le premier transistor T1 et la résistance R2. En effet, la valeur de la sixième résistance R6 est choisie de sorte à limiter le courant dans le troisième transistor T3 à quelques milliampères. Une telle décharge permet de réduire la tension entre le circuit primaire L1 et le circuit secondaire L2 de sorte que la décharge de l’énergie stockée dans le circuit primaire L1 ne provoque pas d’étincelle dans le circuit secondaire L2 lorsque le premier transistor T1 et le troisième transistor T3 seront de nouveau simultanément ouverts.

Le premier transistor T1 doit ainsi rester fermé suffisamment longtemps pour s’assurer que toute l’énergie accumulée par le circuit primaire L1 s’évacue vers la masse M. A cette fin, le microcontrôleur 30 commande avantageusement le deuxième transistor T2 suffisamment longtemps pour que le troisième transistor T3 reste fermé même lorsque le courant de commande en fermeture du premier transistor T1 a cessé d’alimenter la borne de commande du premier transistor T1. En pratique, si la durée de commande en fermeture du premier transistor T1 est de 5 ms, il est avantageux de garder le troisième transistor T3 fermé 2 à 3 ms après que la commande en courant de la borne de commande du premier transistor T1 ait cessé.

Au cours de la décharge de l’énergie stockée dans le circuit primaire L1, la branche du circuit de contrôle CCTR comprenant la capacité C1 et la huitième résistance R8 permet de limiter les variations de tension dans le drain D1 du premier transistor T1. En effet, lorsque les variations de tension provenant du circuit primaire L1 sont trop élevées, un couplage imparfait entre le circuit primaire L1 et le circuit secondaire L2 de la bobine d’allumage BA se produit et peut générer une inductance de fuite de la bobine d’allumage BA, c’est-à-dire qu’une partie de l’énergie stockée dans le circuit primaire L1 n’est pas transmise au circuit secondaire L2. Une telle inductance de fuite peut générer une étincelle au circuit secondaire L2 lors de la commutation du premier transistor T1. La branche du circuit de contrôle CCTR comprenant la capacité C1 et la huitième résistance R8 permet ainsi de limiter les variations de tension sur le premier point de connexion P1, permettant de limiter le pic de tension au premier point de connexion P1 lié à l’inductance de fuite lors de la commutation du premier transistor T1, de manière à permettre la limitation du pic de tension aux bornes du circuit secondaire L2 de la bobine d’allumage L2.

La limitation de la tension aux bornes du circuit primaire L1 permet de stopper la charge du circuit primaire L1 tandis que le maintien à l’état fermé du premier transistor T1 par le circuit de contrôle CCTR permet d’assurer l’évacuation de l’énergie stockée dans le circuit primaire L1 en vue du prochain cycle d’allumage (i.e. du prochain cycle de commande en fermeture du premier transistor T1 par le microcontrôleur 30).

Un tel circuit de contrôle ajouté au circuit de commande de l’allumage d’une bougie d’un moteur de véhicule permet avantageusement d’empêcher le déclenchement d’une étincelle lorsque la charge de la bobine d’allumage a été initiée et que le microcontrôleur du calculateur a détecté un évènement contre-indiquant la combustion du 5 mélange d’air et de carburant dans une chambre de combustion.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif (20) d’allumage d’une bougie d’un moteur (10) thermique de véhicule (1), ledit dispositif (20) comprenant une bougie d’allumage et un circuit de commande (CCMD) de ladite bougie d’allumage, ladite bougie d’allumage comprenant une bobine d’allumage (BA) comportant un circuit primaire (L1), connecté audit circuit de commande (CCMD) d’une part et destiné à être connecté à une batterie (40) d’alimentation et à une masse (M) du véhicule (1) d’autre part, et un circuit secondaire (L2), configuré pour déclencher une étincelle destinée à enflammer un mélange d’air et de carburant dans une chambre de combustion du moteur (10), ledit circuit de commande (CCMD) comprenant une borne d’entrée (CMD IGN) destinée à être reliée à un microcontrôleur (30) d’un calculateur de contrôle dudit véhicule (1), une borne de sortie (P1) reliée au circuit primaire (L1) de la bobine d’allumage (BA) et un premier interrupteur (T1) apte à être contrôlé par le microcontrôleur (30) via la borne d’entrée (CMD IGN) du circuit de commande (CCMD) afin de commuter entre une position ouverte dans laquelle la borne de sortie (P1) est déconnectée de la masse (M) et une position fermée dans laquelle la borne de sortie (P1) est connectée à la masse (M) de manière à charger le circuit primaire (L1) en énergie électrique, le dispositif (20) étant caractérisé en ce qu’il comprend en outre un circuit de contrôle (CCTR) configuré pour, suite à la détection d’un événement entraînant la nécessité de prévenir la génération d’une étincelle dans la chambre de combustion, être commandé par le microcontrôleur (30) afin de limiter la tension aux bornes du circuit primaire (L1) à une valeur inférieure à un seuil de tension prédéterminé (L1) de manière à empêcher le déclenchement d’une étincelle par le circuit secondaire (L2).
2. 2. Dispositif (20) selon la revendication 1, dans lequel le seuil de tension prédéterminé est inférieur à 50 Volts.
3. 3. Dispositif (20) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le circuit de contrôle (CCTR) est relié à la borne de sortie (P1) du circuit de commande (CCMD) et comprend une borne d’entrée (CMD CLAMP) du circuit de contrôle (CCTR) destinée à être reliée au microcontrôleur (30), un deuxième interrupteur (T2), un troisième interrupteur (T3) et une diode Zener (DZ1), ledit deuxième interrupteur (T2) étant connecté entre la borne d’entrée (CMD CLAMP) du circuit de contrôle (CCTR) et le troisième interrupteur (T3), ledit troisième interrupteur (T3) étant connecté entre le deuxième interrupteur (T2) et la diode Zener (DZ1), ladite diode Zener (DZ1) étant connectée entre le troisième interrupteur (T3) et la borne de sortie (P1) du circuit de commande (CCMD).
4. 4. Dispositif (20) selon la revendication précédente, dans lequel le troisième interrupteur (T3) est un transistor de type bipolaire comprenant une base (B3), un émetteur (E3) et un collecteur (F3), la base (B3) étant connectée au deuxième interrupteur (T2), l’émetteur (E3) étant relié à la diode Zener(DZI) et le collecteur (F3) étant relié à la borne d’entrée (CMD IGN) du circuit de commande (CCMD).
5. 5. Dispositif (20) selon l’une des revendications 3 et 4, dans lequel le circuit de commande (CCMD) comprend une première résistance (R1), connectée entre la borne d’entrée (CMD IGN) du circuit de commande (CCMD) et le troisième interrupteur (T3), et une deuxième résistance (R2) connectée entre le premier interrupteur (T1) et la masse (M).
6. 6. Dispositif (20) selon l’une des revendications 3 à 5, dans lequel le circuit de contrôle (CCTR) comprend en outre une troisième résistance (R3), connectée entre la borne d’entrée (CMD CLAMP) du circuit de contrôle (CCTR) et le deuxième interrupteur (T2), une quatrième résistance (R4), connectée entre le deuxième interrupteur (T2) et le troisième interrupteur (T3), et une diode (D) connectée entre la diode Zener (DZ1 ) et la borne de sortie (P1 ) du circuit de commande (CCTR).
7. 7. Dispositif (20) selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième interrupteur (T2) est un transistor de type bipolaire comprenant une base (B2), un émetteur (E2) et un collecteur (F2), la base (B2) étant connectée à la borne d’entrée (CMD CLAMP) du circuit de contrôle (CCTR), l’émetteur (E2) étant connecté à la base (B3) du troisième interrupteur (T3) via la quatrième résistance (R4) et le collecteur (F2) étant connecté à la masse (M), le circuit de contrôle (CCTR) comprenant en outre une cinquième résistance (R5) connectée entre la base (B2) du deuxième interrupteur (T2) et la masse (M).
8. 8. Calculateur pour véhicule (1) automobile, ledit véhicule (1) comprenant un moteur (10) thermique comprenant au moins un cylindre (110) définissant une chambre de combustion et au moins un dispositif (20) d’allumage selon l’une des revendications précédentes, ledit calculateur comprenant un microcontrôleur (30) configuré pour générer de manière périodique un courant de commande sur la borne d’entrée (CMD IGN) du circuit de commande (CCMD) de manière à activer une borne de commande du premier interrupteur (T1), pour détecter un événement entraînant la nécessité de prévenir la génération d’une étincelle dans la chambre de combustion lors de la commande en courant de la borne de commande du premier interrupteur (T1 ) et pour générer un courant de commande sur la borne d’entrée (CMD CLAMP) du circuit de contrôle (CCTR) suite à la détection d’un événement entraînant la nécessité de prévenir la génération d’une étincelle dans la chambre de combustion de manière à empêcher le déclenchement d’une étincelle par le circuit secondaire (L2) dans la chambre de combustion.
9. 9. Véhicule (1) automobile comprenant un moteur (10) thermique comprenant au moins un cylindre (110) définissant une chambre de combustion, au moins un dispositif (20) d’allumage selon l’une des revendications 1 à 7 et un calculateur selon la revendication précédente.
10. 10. Procédé de limitation de la tension aux bornes d’un circuit primaire (L1) d’une bobine d’allumage (BA) d’un dispositif (20) d’allumage d’une bougie d’allumage d’un moteur (10) de véhicule (1), ladite bobine d’allumage (20) étant configurée pour générer une étincelle dans une chambre de combustion dudit moteur (10) du véhicule (1), ledit dispositif (20) d’allumage comprenant un circuit de commande (CCMD) et un circuit de contrôle (CCTR), ledit véhicule (1) comprenant un calculateur comprenant un microcontrôleur (30), ledit procédé comprenant les étapes de génération (A1) par le microcontrôleur (30) d’un courant de commande sur une borne d’entrée (CMD IGN) du circuit de commande (CCMD), de manière à activer une borne de commande du premier interrupteur (T1), de chargement (A2) en tension du circuit primaire (L1) de la bobine d’allumage (BA), de détection (A3) d’un événement entraînant la nécessité de ne pas générer une étincelle dans ladite chambre de combustion du moteur (10) du véhicule (1), d’activation (A4) par le microcontrôleur (30) d’une borne d’entrée (CMD CLAMP) du circuit de contrôle (CCTR) du dispositif (20) d’allumage, de fermeture (A6) d’un deuxième interrupteur (T2) du circuit de contrôle (CCTR), de fermeture d’un troisième interrupteur (T3) du circuit de contrôle (CCTR), d’arrêt (A7) du chargement en tension du circuit primaire (L1) de la bobine d’allumage (BA), et de décharge (A8) par le premier interrupteur (T1) de l’énergie emmagasinée dans le circuit primaire (L1) de la bobine d’allumage (BA).