OPTIMISATION DE LA FREQUENCE D'EXCITATION D'UN RESONATEUR

Description

[0001] L'invention concerne l'alimentation d'un résonateur par des tensions supérieures à 200 V et des fréquences supérieures à 1 MHz et en particulier l'alimentation de résonateurs utilisés dans des allumages commandés.

[0002] Le document de brevet US 2004/0237950 divulgue un dispositif pour contrôler les paramètres d'allumage d'une bougie d'allumage d'un moteur à combustion interne.

[0003] Pour une application à l'allumage automobile à génération de plasma, des résonateurs dont la fréquence de résonance est supérieure à 1 MHz sont disposés au niveau de la bougie et sont typiquement alimentés avec des tensions supérieures à 200 V et soumis à une intensité supérieure à 10A. Cette application nécessite l'utilisation de résonateurs radio-fréquence présentant un facteur de qualité élevé et un générateur haute tension dont la fréquence de fonctionnement est très proche de la fréquence de résonance du résonateur. Plus la différence entre la fréquence de résonance du résonateur et la fréquence de fonctionnement du générateur est réduite, plus le facteur d'amplification du résonateur (rapport entre sa tension de sortie et sa tension d'entrée) est élevé. Plus le facteur de qualité du résonateur est élevé, plus la fréquence de fonctionnement du générateur doit être proche de sa fréquence de résonance.

[0004] De nombreux paramètres ont une incidence sur la fréquence de résonance : les dispersions de fabrication, la température dans la chambre de combustion ou dans le circuit de refroidissement ou les dérives de vieillissement des composants du résonateur. Ces paramètres ont une incidence encore plus importante pour le cas particulier des bobines bougies, du fait de la proximité entre certains composants du résonateur et la chambre de combustion. Ainsi, il est délicat de garantir un facteur d'amplification du résonateur.

[0005] L'invention vise à résoudre cet inconvénient. L'invention propose ainsi un dispositif de commande d'une alimentation d'un allumage radiofréquence d'un moteur à combustion, comprenant :

• une interface de sortie d'un signal de commande ; - une interface de réception de signaux de mesures de paramètres de fonctionnement d'un moteur à combustion ;
• un module mémoire mémorisant des relations entre des signaux de mesure et la fréquence d'un signal de commande d'allumage à générer ;
• un module déterminant la fréquence d'un signal de commande d'allumage à générer en fonction de signaux de mesures reçus sur, l'interface de réception et des relations mémorisées dans le module mémoire ;
• un module appliquant le signal de commande d'allumage à générer à la fréquence déterminée sur l'interface de sortie.

[0006] L'invention porte également sur une alimentation d'allumage radiofréquence, comprenant :

• un dispositif de commande tel que décrit ci-dessus ;
• un circuit d'alimentation présentant un interrupteur commandé par le signal de commande du dispositif de commande, l'interrupteur appliquant une tension intermédiaire sur une sortie du circuit d'alimentation à la fréquence définie par le signal de commande.

[0007] L'invention porte en outre sur un système d'allumage, comprenant :

• une alimentation telle que décrite ci-dessus ;
• un résonateur présentant une fréquence de résonance supérieure à 1 MHz, connectée à la sortie du circuit d'alimentation et comprenant deux électrodes, le résonateur étant apte à générer un plasma entre les deux électrodes lorsqu'un niveau haute tension est appliqué sur la sortie du circuit d'alimentation.

[0008] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

• la figure 1 illustre un système d'allumage intégrant un dispositif de commande selon l'invention ;
• la figure 2 illustre schématiquement un dispositif de commande selon l'invention.

[0009] L'invention propose un dispositif de commande d'une alimentation d'un allumage radiofréquence d'un moteur à combustion. Le dispositif de commande prend en compte des signaux de mesure de paramètres de fonctionnement du moteur à combustion et détermine la fréquence du signal de commande d'allumage à générer en fonction de relations mémorisées entre des signaux de mesure et la fréquence du signal de commande.

[0010] En adaptant la fréquence du signal de commande en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur, cette fréquence sera maintenue très précisément à une valeur proche de la fréquence de résonance du résonateur. On réalise ainsi un asservissement en fréquence en boucle ouverte.

[0011] La figure 1 illustre un système d'allumage 1, comprenant un dispositif de commande 2 selon l'invention. A l'exception du dispositif de commande 2, des exemples d'éléments du système d'allumage 1 illustré ont été détaillés dans le document EP-A-1 515 594. Le dispositif de commande 2 est connecté à un amplificateur 3. L'amplificateur 3 est connecté à la grille d'un transistor MOSFET de puissance 4. Le transistor 4 fait office d'interrupteur commandé par le signal de commande du dispositif 2. L'interrupteur 4 est destiné à permettre l'application d'un haut niveau de tension entre les bornes des électrodes à une fréquence définie par le signal de commande. Un résonateur série 5 est connecté entre le drain du transistor 4 et une masse. Le résonateur 5 comprend une résistance 51 en série avec une inductance 52, et une résistance 53 en parallèle avec une capacité 54. Les résistances 51 et 53 sont des résistances équivalentes découlant notamment de l'imperfection de l'inductance 52 et de la capacité 54. Des électrodes d'allumage 7 et 8 sont connectées aux bornes de la capacité 54. Un circuit résonant 6 est connecté entre une source de tension intermédiaire et le drain du transistor 4. Ce circuit 6 comprend une inductance 61 et une capacité 62.

[0012] La figure 2 illustre schématiquement un exemple de dispositif de commande 2 selon l'invention. Le dispositif de commande 2 comprend une interface 21 de réception de signaux de mesure de paramètres de fonctionnement du moteur à combustion. Parmi les paramètres de fonctionnement moteur mesurés, on peut envisager la température d'huile moteur, la température du liquide de refroidissement moteur, le couple moteur, le régime moteur, l'angle d'allumage, la température de l'air d'admission, la pression au niveau du collecteur, la pression atmosphérique ou la pression dans la chambre de combustion. Ces types de mesures peuvent être effectués de façon connue en soi par l'homme de métier.

[0013] Avantageusement, le dispositif 2 comprend par ailleurs une interface 22 de réception de signaux de mesure de paramètres de fonctionnement de l'alimentation, réceptionnant par exemple une mesure de la tension aux bornes des électrodes ou une mesure de la tension intermédiaire appliquée au circuit 6.

[0014] Le dispositif 2 comprend un module mémoire 26 dans lequel sont stockées des relations entre les signaux de mesure et la fréquence d'un signal de commande à générer. Ces relations peuvent être établies en fonction de tests préalables. Le module mémoire 26 peut mémoriser les relations sous la forme d'une fonction associant des signaux de mesure prédéterminés à une unique fréquence de signal de commande. On peut par exemple extrapoler une fonction linéaire ou une fonction polynomiale en fonction de résultats de tests préalables sur un résonateur en faisant varier les différents paramètres pris en compte. Le module mémoire peut également mémoriser les relations sous forme de tableau multidimensionnel ayant pour entrée des signaux de mesure.

[0015] Selon une version simplifiée, le module 26 mémorise des relations fournissant une fréquence de commande en fonction d'une mesure de température à proximité du résonateur 5 et de mesures de paramètres électriques de fonctionnement de l'alimentation. Ces relations peuvent être établies en fonction de tests préalables établissant l'incidence de la température sur la fréquence de résonance du résonateur 5.

[0016] Le dispositif 2 comprend un module 25 déterminant la fréquence du signal de commande à générer en fonction de signaux de mesure reçus et des relations mémorisées dans la mémoire 26. La fréquence du signal de commande est fournie par le module 25 à un module 27, appliquant le signal de commande à ladite fréquence sur une interface de sortie 24. Le module 27 est par exemple un générateur d'horloge choisi de façon adéquate par l'homme de métier.

[0017] On peut prévoir une interface de programmation 23 permettant de recevoir et d'exécuter des commandes de modifications des relations ou des paramètres du résonateur mémorisés dans le module mémoire 26. L'interface de programmation 23 peut notamment être une interface de communication sans fil. Ainsi, on peut envisager de mettre à jour les relations mémorisées dans le module 26. Ainsi, si une meilleure connaissance du comportement du résonateur est acquise, le fonctionnement du système d'allumage peut être optimisé après sa livraison. Par ailleurs, l'interface de programmation 23 permet dé programmer le module 26 à partir de valeurs de paramètres électriques (par exemple la fréquence de résonance) d'un résonateur 5 mesurées en usine. Un code barre peut être associé au résonateur 5 pour coder les valeurs de paramètres électriques déterminés, ce code barre étant lu pour inscrire ces valeurs dans le module 26 lors de la connexion du résonateur au dispositif 2. Ainsi, les dispersions de fabrication des résonateurs 5 n'auront pas d'incidence sur la précision de la fréquence de commande générée.

[0018] Pour une application à l'allumage d'un moteur à combustion, le système d'allumage comprend typiquement un résonateur série 5 dont la fréquence est supérieure à 1 MHz, des moyens d'application d'une tension supérieure à 200 Volts entre les bornes des électrodes et un dispositif de commande apte à générer un signal de commande présentant une fréquence de l'ordre de grandeur de la fréquence de résonance du résonateur.

Revendications

1. Dispositif de commande (2) d'une alimentation d'un allumage radiofréquence d'un moteur à combustion, comprenant une interface de sortie (24) d'un signal de commande;
caractérisé en ce qu'il comprend :

- une interface (21) de réception de signaux de mesures de paramètres de fonctionnement d'un moteur à combustion ;

- un module mémoire (26) mémorisant des relations entre des signaux de mesure et la fréquence d'un signal de commande d'allumage à générer ;

- un module (25) déterminant la fréquence d'un signal de commande d'allumage à générer en fonction de signaux de mesures reçus sur l'interface de réception et des relations mémorisées dans le module mémoire ;

- un module (27) appliquant le signal de commande d'allumage à générer à la fréquence déterminée sur l'interface de sortie.

2. Dispositif de commande (2) selon la revendication 1, dans lequel l'interface de réception (22) est également destinée à la réception de signaux de mesures de paramètres de fonctionnement de l'alimentation.

3. Dispositif (2) selon la revendication 1 ou 2, comprenant une interface de programmation (23) connectée au module mémoire (26), cette interface étant destinée à recevoir des valeurs de paramètres électriques d'un résonateur destiné à être connecté à l'interface de sortie, les valeurs des paramètres électriques mémorisés dans le module mémoire intervenant dans lesdites relations mémorisées.

4. Dispositif de commande (2) selon la revendication 3, dans lequel les valeurs des paramètres électriques mémorisés sont issues de mesures effectuées sur un résonateur (5) destiné à être connecté à l'interface de sortie (24).

5. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les signaux de mesures sont choisis dans le groupe comprenant la température d'huile moteur, la température du liquide de refroidissement moteur, le couple moteur, le régime moteur, l'angle d'allumage, la température de l'air d'admission, la pression au niveau du collecteur, la pression atmosphérique ou la pression dans la chambre de combustion.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module mémoire (26) mémorise des relations sous forme de tableau multidimensionnel ayant pour entrée des signaux de mesure.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module mémoire (26) mémorise des relations sous la forme d'une fonction associant une unique fréquence de signal de commande à des signaux de mesure prédéterminés.

8. Alimentation d'allumage radiofréquence, comprenant :

- un dispositif de commande (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes ;

- un circuit d'alimentation présentant un interrupteur (4) commandé par le signal de commande du dispositif de commande (2), l'interrupteur appliquant une tension intermédiaire sur une sortie du circuit d'alimentation à la fréquence définie par le signal de commande.

9. Système d'allumage, comprenant :

- une alimentation selon la revendication 8 ;

- un résonateur (5) présentant une fréquence de résonance supérieure à 1 MHz, connectée à la sortie du circuit d'alimentation et comprenant deux électrodes (7, 8), le résonateur étant apte à générer un plasma entre les deux électrodes lorsqu'un niveau haute tension est appliqué sur la sortie du circuit d'alimentation.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Steuern (2) einer Versorgung einer Hochfrequenzzündung in der Brennkraftmaschine, die eine Ausgangsschnittstelle (24) eines Steuersignals umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes umfasst:

- eine Empfangsschnittstelle (21) von Messsignalen von Betriebsparametern einer Brennkraftmaschine,

- ein Speichermodul (26), das Beziehungen zwischen Messsignalen und der Frequenz eines zu erzeugenden Zündsteuersignals speichert,

- ein Modul (25), das die Frequenz eines zu erzeugenden Zündsteuersignals in Abhängigkeit von Messsignalen, die auf der Empfangsschnittstelle empfangen werden, und von in dem Speichermodule gespeicherten Beziehungen bestimmt,

- ein Modul (27), das das zu erzeugende Zündsteuersignal an die auf der Ausgangsschnittstelle bestimmte Frequenz anlegt.

2. Steuervorrichtung (2) nach Anspruch 1, bei der die Empfangsschnittstelle (22) auch zum Empfangen von Messsignalen von Betriebsparametern der Versorgung bestimmt ist.

3. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, die eine Programmierschnittstelle (23) umfasst, die an das Speichermodul (26) angeschlossen ist, wobei diese Schnittstelle dazu bestimmt ist, Werte elektrischer Parameter eines Resonators zu empfangen, der dazu bestimmt ist, an die Ausgangsschnittstelle angeschlossen zu werden, wobei die Werte der elektrischen Parameter, die in dem Speichermodul gespeichert sind, bei den gespeicherten Beziehungen eingreifen.

4. Steuervorrichtung (2) nach Anspruch 2, bei der die Werte der gespeicherten elektrischen Parameter von Messungen stammen, die auf einem Resonator (5), der dazu bestimmt ist, an die Ausgangsschnittstelle (24) angeschlossen zu werden, stammen.

5. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Messsignale aus der Gruppe ausgewählt werden, die die Motoröltemperatur, die Temperatur der Motorkühlflüssigkeit, das Motordrehmoment, die Motordrehzahl, den Zündwinkel, die Temperatur der Ansaugluft, den Druck im Bereich des Sammlers, den Luftdruck oder den Druck in der Brennkammer umfasst.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Speichermodul (26) Beziehungen in Form einer multidimensionalen Tabelle, die als Eingabe Messsignale hat, speichert.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Speichermodul (26) Beziehungen in der Form einer Funktion speichert, die eine eindeutige Steuersignalfrequenz mit vorbestimmten Messsignalen assoziiert.

8. Versorgung einer Hochfrequenzzündung, die Folgendes umfasst:

- eine Steuervorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

- eine Versorgungsschaltung, die einen Schalter (4) aufweist, der durch das Steuersignal der Steuervorrichtung (2) gesteuert wird, wobei der Schalter eine Zwischenspannung auf einem Ausgang der Versorgungsschaltung mit der von dem Steuersignal definierten Frequenz anlegt.

9. Zündsystem, dass Folgendes umfasst:

- eine Versorgung nach Anspruch 8,

- einen Resonator (5), der eine Resonanzfrequenz größer als 1 MHz aufweist, der an den Ausgang der Versorgungsschaltung angeschlossen ist und zwei Elektroden (7, 8) umfasst, wobei der Resonator geeignet ist, um ein Plasma zwischen den zwei Elektroden zu erzeugen, wenn ein Hochspannungsniveau auf dem Ausgang der Versorgungsschaltung angelegt wird.

Claims

1. Power-supply control device (2) for a radiofrequency ignition of a combustion engine, comprising an output interface (24) for a control signal;
characterized in that it comprises:

- an interface (21) for receiving measurement signals of operating parameters from a combustion engine;

- a memory module (26) storing relationships between the measurement signals and the frequency of an ignition control signal to be generated;

- a module (25) determining the frequency of an ignition control signal to be generated as a function of measurement signals received at the reception interface and of the relationships stored in the memory module; and

- a module (27) applying the ignition control signal to be generated at the determined frequency at the output interface.

2. Control device (2) according to Claim 1, in which the reception interface (22) is also intended to receive measurement signals of operating parameters of the power supply.

3. Device (2) according to Claim 1 or 2, comprising a programming interface (23) connected to a memory module (26), this interface being intended to receive values of electrical parameters of a resonator intended to be connected to the output interface, the values of the electrical parameters stored in the memory module entering into said stored relationships.

4. Control device (2) according to Claim 3, in which the stored values of electrical parameters come from measurements carried out on a resonator (5) intended to be connected to the output interface (24).

5. Control device according to any one of the preceding claims, in which the measurement signals are chosen among the group including the temperature of the engine oil, the temperature of the engine coolant, the engine torque, the engine speed, the ignition angle, the temperature of the inlet air, the manifold pressure, atmospheric pressure or the pressure in the combustion chamber.

6. Device according to any one of the preceding claims, in which the memory module (26) stores relationships in the form of a multidimensional table having measurement signals as its input.

7. Device according to any one of the preceding claims, in which the memory module (26) stores relationships in the form of a function associating a unique control signal frequency with predetermined measurement signals.

8. Radiofrequency ignition power supply comprising:

- a control device (2) according to any one of the preceding claims; and

- a power supply circuit having a switch (4) controlled by the control signal of the control device (2), the switch applying an intermediate voltage at an output of the power supply circuit at a frequency determined by the control signal.

9. Ignition system comprising:

- a power supply according to Claim 8; and

- a resonator (5) having a resonant frequency higher than 1 MHz, connected to the output of the power-supply circuit and comprising two electrodes (7, 8), the resonator being able to generate a plasma between the two electrodes when a high voltage level is applied at the output of the power-supply circuit.

Dessins