[0001] La présente invention concerne un dispositif de détection de la phase de fonctionnement
d'un moteur à allumage simultané par paires de cylindres, notamment pour véhicule
automobile.
[0002] On connaît déjà dans l'état de la technique, des dispositifs de ce type dans lesquels
des bougies associées aux cylindres de chaque paire, sont raccordées aux extrémités
d'un bobinage secondaire d'une bobine d'allumage dont le bobinage primaire est raccordé
à un calculateur de contrôle du fonctionnement du moteur à travers un étage de puissance.
[0003] Ces dispositifs sont utilisés pour optimiser le contrôle de l'injection de carburant
et de l'avance à l'allumage dans les moteurs à combustion interne et à allumage commandé.
[0004] Il est alors nécessaire de connaître non seulement la position angulaire du vilebrequin,
mais également la phase de travail du moteur et plus particulièrement de chacun des
cylindres de celui-ci.
[0005] A cet effet, on utilise dans l'état de la technique un capteur détectant la position
angulaire de l'arbre à cames.
[0006] Ce dispositif nécessite outre le capteur, une cible associée à cet arbre et comportant
une ou plusieurs indentations.
[0007] Il est également possible d'effectuer cette détection par analyse des signaux d'allumage
des bougies associées aux cylindres.
[0008] Le principe général de cette analyse consiste à provoquer l'allumage simultané de
deux cylindres synchrones mécaniquement, c'est à dire par exemple les cylindres n°
1 et 4 et n° 2 et 3 dans le cas d'un moteur à quatre cylindres, et à observer les
caractéristiques électriques résultant de la différence de pression dans les deux
chambres de combustion correspondantes à l'instant de l'étincelle.
[0009] Cette seconde possibilité de détection de la phase et plus économique que la première,
car elle supprime un capteur spécifique et sa cible associée.
[0010] Cependant, l'analyse des signaux d'allumage nécessite des moyens de mesure de tension
aux bornes des bougies, ainsi qu'un dispositif de filtrage et de comparaison de ces
tensions.
[0011] Dans le cas des systèmes d'allumage à une bobine d'allumage par paire de cylindres,
l'information utile n'est pas présente au niveau du bobinage primaire de cette bobine
et il est alors nécessaire d'effectuer une mesure au niveau du bobinage secondaire
de celle-ci.
[0012] Les documents EP-A-272 225, 404 763 et 602 803 proposent des solutions qui consistent
à placer un ou plusieurs capteurs capacitifs sur le ou les fils de haute tension assurant
la connexion aux bougies.
[0013] Cependant dans les dispositifs décrits dans ces documents, il est nécessaire d'effectuer
une comparaison analogique des tensions mesurées.
[0014] Ceci présente trois inconvénients, à savoir :
1) la difficulté de mise au point des moyens de comparaison et des seuils de détection
associés;
2) le surcoût lié aux étages électroniques de traitement et d'acquisition des signaux;
et
3) la difficulté d'assurer une bonne protection du calculateur vis à vis de la haute
tension.
[0015] Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes.
[0016] A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de détection de la phase de fonctionnement
d'un moteur à allumage simultané par paires de cylindres, notamment pour véhicule
automobile, dans lequel des bougies associées aux cylindres de chaque paire, sont
raccordées aux extrémités d'un bobinage secondaire d'une bobine d'allumage dont le
bobinage primaire est raccordé à un calculateur de contrôle du fonctionnement du moteur
à travers un étage de puissance, caractérisé en ce que l'un des bobinages associés
à l'une des paires de cylindres est un bobinage à point milieu, et en ce qu'il comporte
des moyens de détection et de mise en forme du signal de tension présente à ce point
milieu du bobinage, pour délivrer au calculateur un signal représentatif de la phase
de fonctionnement du moteur.
[0017] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée
uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels
:
- la Fig.1 représente un schéma synoptique illustrant un circuit de raccordement de
bougies de cylindres associés dans une paire de cylindres d'un moteur à combustion
interne et à allumage simultané notamment de véhicule automobile;
- la Fig.2 représente un exemple de signaux de tension en différents points du circuit
représenté sur la figure 1 dans le cas où le cylindre n°1 est en phase de compression;
- la Fig.3 représente un premier mode de réalisation d'un dispositif de détection selon
l'invention;
- la Fig.4 représente un exemple d'un signal représentatif de la phase de fonctionnement
d'un moteur, issu du dispositif de détection représenté sur la figure 3;
- la Fig.5 représente un second exemple de réalisation d'un dispositif de détection
selon l'invention;
- la Fig.6 représente des signaux obtenus en différents points du dispositif représenté
sur la figure 5; et
- la Fig.7 représente un schéma synoptique illustrant la structure d'un système de contrôle
du fonctionnement d'un moteur, comportant un dispositif de détection selon l'invention.
[0018] Comme on peut le voir sur ces figures, un dispositif de détection selon l'invention
est adapté pour détecter la phase de fonctionnement d'un moteur à allumage simultané
par paires de cylindres, notamment pour véhicule automobile.
[0019] Dans un tel moteur, des bougies d'allumage associées aux cylindres correspondants
de chaque paire, sont raccordées aux extrémités d'un bobinage secondaire d'une bobine
d'allumage, dont le bobinage primaire est raccordé à un calculateur de contrôle du
fonctionnement du moteur, à travers un étage de puissance.
[0020] Sur la figure 1, les bougies sont désignées par les références B1 et B4 par exemple
et correspondent aux bougies associées aux cylindres n° 1 et 4, par exemple dans le
cas d'un moteur à quatre cylindres.
[0021] L'une des électrodes de ces bougies est raccordée à la masse tandis que les autres
électrodes de celles-ci sont raccordées aux extrémités correspondantes d'un bobinage
secondaire 1, d'une bobine d'allumage 2, dont le bobinage primaire 3 est associé à
des moyens d'alimentation pilotés par le calculateur de contrôle du fonctionnement
du moteur, et comprenant par exemple un transistor NPN 4.
[0022] Dans l'exemple de réalisation représenté, le bobinage secondaire 1 est un bobinage
à point milieu PM et le dispositif de détection selon l'invention met à profit le
fait que la tension Vpm mesurée au point milieu du bobinage secondaire de la bobine,
est alternativement positive puis négative en fonction de la phase de fonctionnement
du moteur.
[0023] Ce dispositif est particulièrement adapté aux systèmes d'allumage comportant des
bobines d'allumage dont les bobinages primaire et secondaire sont répartis sur deux
noyaux magnétiques distincts.
[0024] On conçoit en effet comme on peut le voir sur la figure 2, que pendant la phase d'étincelage,
la tension Vpm est liée aux tensions V1 et V4 aux bornes des bougies B1 et B4 respectivement,
par la relation :

[0025] Les tensions V1 et V4 sont respectivement proportionnelles aux pressions P1 et P4
dans les chambres de combustion des cylindres n° 1 et 4 de la paire considérée.
[0026] Si le cylindre n° 1 correspondant à la bougie B1 est en phase de compression, alors
:

[0027] Par contre, si le cylindre n° 4 correspondant à la bougie B4 est en phase de compression,
alors :

[0028] On conçoit alors qu'en détectant et en mettant en forme le signal de tension présente
au point milieu PM du bobinage secondaire 1 de la bobine d'allumage, on peut établir
un signal représentatif de la phase de fonctionnement du moteur qui, une fois mis
en forme est directement utilisable par le calculateur de contrôle du fonctionnement
du moteur.
[0029] Cette détection et cette mise en forme peuvent par exemple être réalisées par l'intermédiaire
d'un organe à semi-conducteur à conduction unidirectionnelle.
[0030] Un exemple de réalisation d'un tel dispositif est représenté sur la figure 3, dans
laquelle des numéros de référence identiques désignent des éléments identiques déjà
décrits en regard de la figure 1.
[0031] On reconnaît en effet sur cette figure 3, le transistor 4, la bobine d'allumage 2,
le bobinage primaire 3 et le bobinage secondaire 1 de celle-ci, et les bougies B1
et B4.
[0032] Dans cet exemple de réalisation, le dispositif de détection comporte un circuit série
connecté entre le point milieu PM du bobinage secondaire 1 de la bobine 2 et la masse
et comprenant par exemple une résistance 5 et une diode Zener 6 qui écrête le signal
de tension Vz lorsque Vpm est positive et limite la tension négative de Vz lorsque
Vpm est négative.
[0033] La résistance 5 permet de limiter le courant dans la diode Zener.
[0034] On conçoit alors que le signal Vz aux bornes de cette diode Zener 6 est un signal
mis en forme qui présente une impulsion de tension pour chaque allumage du cylindre
correspondant comme on peut le voir sur la figure 4.
[0035] Sur la figure 5, on a représenté un autre exemple de réalisation d'un tel dispositif,
dans laquelle des numéros de référence identiques désignent également des éléments
déjà décrits en regard des figures 1 et 3.
[0036] On reconnaît en effet sur cette figure 5, le transistor 4, la bobine d'allumage 2,
le bobinage primaire 3 et le bobinage secondaire 1 de celle-ci, la bougie B1 et la
bougie B4.
[0037] Dans l'exemple de réalisation représenté sur cette figure, le point milieu PM de
ce bobinage secondaire 1 de la bobine d'allumage est raccordé à un circuit série comprenant
une résistance 7 et à un coupleur opto-électronique désigné par la référence générale
8.
[0038] Le coupleur opto-électronique comporte par exemple de manière classique une diode
électroluminescente 9 associée à un photo-transistor 10, tandis qu'une diode de protection
11 est connectée aux bornes de ce coupleur pour limiter la tension inverse aux bornes
de celui-ci.
[0039] La résistance 7 permet de limiter le courant dans ce coupleur et fixe la sensibilité
de détection de celui-ci.
[0040] On conçoit que cette structure permet d'obtenir un isolement galvanique et donc une
plus grande sécurité en cas de défaillance du dispositif d'allumage.
[0041] On a illustré sur la figure 6, la tension Vi obtenue sur le collecteur du photo-transistor
10 du coupleur opto-électronique lorsque la tension Vpm est positive. Ce signal Vi
présente une impulsion négative lorsque le cylindre n°1 est en phase de compression.
[0042] On conçoit alors que grâce au dispositif de détection selon l'invention, qui délivre,
à partir du signal de tension présente au point milieu du bobinage par exemple secondaire
de la bobine d'allumage, un signal représentatif de la phase de fonctionnement du
moteur, ce signal peut être directement utilisé par le calculateur de contrôle du
fonctionnement du moteur et plus particulièrement par un micro-contrôleur de celui-ci.
[0043] Un exemple de réalisation d'un système de contrôle du fonctionnement d'un moteur
est illustré sur la figure 7, sur laquelle on a représenté un calculateur 12 de contrôle
du fonctionnement du moteur, recevant en entrée, la sortie d'un capteur de position
du vilebrequin, désigné par la référence générale 13, ce capteur étant associé à une
cible 14, elle-même associée au vilebrequin et comportant des indentations.
[0044] Plus particulièrement, ce capteur 13 est relié à un micro-contrôleur 15 du calculateur,
ce micro-contrôleur présentant des sorties reliées à un étage de puissance 16 de commande
des bobines d'allumage comme cela a été décrit précédemment.
[0045] En effet, cet étage de puissance peut être relié à l'une des bornes du bobinage primaire
3 de la bobine d'allumage 2 dont le bobinage secondaire 1 est relié aux bougies par
exemple B1 et B4 d'une paire de cylindres associés du moteur.
[0046] Le point milieu du bobinage secondaire 1 de la bobine d'allumage 2 est relié à un
circuit analogue à celui représenté sur la figure 5, c'est à dire comportant une résistance
7, un coupleur opto-électronique 8 et une diode de protection.
[0047] La sortie de ce coupleur opto-électronique 8 est reliée au micro-contrôleur 15 du
calculateur 12 à travers un étage d'entrée désigné par la référence générale 17 sur
cette figure.
[0048] Afin de masquer la phase d'établissement de l'arc, qui est généralement perturbée,
l'acquisition de la phase de fonctionnement du moteur par le micro-contrôleur, à partir
du signal délivré par le coupleur opto-électronique, se fait après une temporisation
déterminée à partir de l'instant d'allumage.
[0049] Cette temporisation peut être programmable et est implémentée dans le micro-contrôleur.
[0050] Dans ce cas, la valeur de cette temporisation peut être contenue en mémoire de celui-ci
et calibrée en fonction des différentes caractéristiques du système d'allumage.
[0051] On conçoit alors qu'à chaque instant d'acquisition, le signal Vi délivré par le coupleur
opto-électronique, doit alternativement être à l'état logique 1 puis à l'état logique
0.
[0052] Lorsque la séquence de fonctionnement est reconnue par détection d'une suite définie
d'alternances, chaque temps moteur peut être affecté au cylindre correspondant du
moteur en fonction de l'ordre d'allumage.
[0053] Le démarrage du moteur est effectué en injection groupée.
[0054] Le micro-contrôleur 15 détecte alors la position angulaire du vilebrequin au moyen
du capteur 13 et détermine ainsi quelle bobine doit être commandée et à quel instant
l'allumage doit être provoqué.
[0055] Lorsque la bobine est commandée, l'allumage est provoqué sur une paire de cylindres
déterminée, mais le cylindre actif reste indéterminé.
[0056] Une fois la séquence reconnue par détection de la suite définie d'alternances, chaque
temps moteur étant affecté au cylindre correspondant, le contrôle moteur peut alors
passer du mode d'injection groupé, au mode d'injection séquentiel.
[0057] Il va de soi bien entendu que différents modes de réalisation des moyens de détection
et de mise en forme du signal de tension présente au point milieu du bobinage secondaire
peuvent être envisagés.
[0058] Il va de soi également qu'une telle structure peut être envisagée avec un bobinage
primaire à point milieu.
1. Dispositif de détection de la phase de fonctionnement d'un moteur à allumage simultané
par paires de cylindres, notamment pour véhicule automobile, dans lequel des bougies
(B1,B4) associées aux cylindres de chaque paire, sont raccordées aux extrémités d'un
bobinage secondaire (1) d'une bobine d'allumage (2) dont le bobinage primaire (3)
est raccordé à un calculateur (12) de contrôle du fonctionnement du moteur à travers
un étage de puissance (16), caractérisé en ce que l'un des bobinages associés à l'une
des paires de cylindres est un bobinage à point milieu, et en ce qu'il comporte des
moyens (5,6; 7,8,9,10,11) de détection et de mise en forme du signal de tension présente
à ce point milieu (PM) du bobinage, pour délivrer au calculateur (12) un signal représentatif
de la phase de fonctionnement du moteur.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection
et de mise en forme comportent un circuit série connecté entre le point milieu et
la masse et muni d'une résistance (5) et d'une diode Zener (6) aux bornes de laquelle
est engendré le signal représentatif de la phase de fonctionnement du moteur.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection
et de mise en forme comportent un circuit série muni d'une résistance (7) et d'un
capteur opto-électronique (8) à la sortie duquel est délivré le signal représentatif
de la phase de fonctionnement du moteur.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce
que les bobinages primaire (3) et secondaire (1) de la bobine d'allumage (2) sont
disposés sur des noyaux magnétiques distincts.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce
que le calculateur (12) est adapté pour acquérir l'information de phase sur le signal
représentatif de la phase de fonctionnement du moteur, avec une temporisation déterminée
à partir de l'instant d'allumage des bougies correspondantes.