FR2676506A1 - Procede et dispositif de detection de rates d'allumage dans un cylindre de moteur a combustion interne et leur application. - Google Patents
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Abstract
Postérieurement à l'émission d'une première étincelle d'allumage, on déclenche une deuxième étincelle, on détecte la surtension d'amorçage (V2 ; V3 ) de cette deuxième étincelle, on compare cette surtension à un seuil de tension prédéterminée et on déduit l'occurrence ou la non-occurrence d'un raté d'allumage du mélange air/carburant préalable à cette deuxième étincelle, suivant que la surtension détectée est supérieure ou inférieure au seuil de tension prédéterminé. Application à la protection d'un pot contenant un catalyseur d'oxydo-réduction des gaz d'échappement du moteur.
Description
La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif de détection de ratés d'allumage dans un moteur à combustion interne. Plus particulièrement, la présente invention est aussi relative à une application d'un tel procédé et d'un tel dispositif à la prévention de la dégradation d'un pot "catalytique" d'oxydation des gaz d'échappement du moteur.
Les ratés d'allumage dans un moteur à combustion interne sont révélateurs de divers désordres pouvant affecter soit des moyens consacrés à l'allumage du mélange air/carburant (bobine, bougie, court-circuit des lignes d'alimentation, etc...) soit des moyens de constitution dudit mélange (carburateur, injecteur). Des moyens de détection de tels ratés sont donc utiles pour corriger ces désordres par le nettoyage, le réglage ou le remplacement des organes défaillants.
Des réglementations de plus en plus strictes en matière de pollution de l'air amènent en outre à considérer l'installation de tels moyens de détection à d'autres fins.
En effet, les catalyseurs utilisés pour oxyder ou réduire les gaz d'échappement d'un moteur sont eux-mêmes susceptibles d'être dégradés par des injections de carburant imbrûlé. En particulier, lorsqu'il y a raté d'allumage dans un cylindre du moteur, le carburant du mélange introduit dans le cylindre passe ensuite directement sur le catalyseur, sans combustion préalable. De telles injections diminuent considérablement l'efficacité du catalyseur dans sa conversion des gaz d'échappement, hydrocarbures, oxydes de carbone, oxydes d'azote, etc... en oxydes moins polluants. Il convient donc de protéger le catalyseur de telles injections de carburant imbrûlé, en coupant par exemple l'alimentation d'un injecteur de carburant quand des ratés d'allumage dans un cylindre d'un moteur ont été détectés.
Pour détecter de tels ratés d'allumage, on peut penser à utiliser un capteur sensible à la pression régnant dans le cylindre. En cas de raté d'allumage, un tel capteur ne détecte pas la haute pression qui résulte normalement de l'explosion du mélange air/carburant. Les capteurs actuellement utilisés pour mesurer la pression dans un cylindre de moteur à combustion interne souffrent, notamment du fait de l'environnement particulièrement sévère dans lequel ils sont installés, d'une solidité, d'une fiabilité et d'une précision insuffisantes, étant très sensibles à la température. Ils sont en outre trop coûteux pour pouvoir être installés dans un moteur destiné à un véhicule de grande diffusion.
L'explosion du mélange air/carburant qui fait normalement suite à la génération d'une étincelle d'allumage, crée des conditions de température et de pression dans un cylindre de moteur à combustion interne qui provoquent l'ionisation des gaz contenus dans celui-ci.
L'absence d'une telle ionisation est alors révélatrice de l'occurrence préalable d'un raté d'allumage. On décrit dans la demande de brevet français No. 91 04334 déposée le 10 avril 1991 par la demanderesse un procédé de détection d'un raté d'allumage suivant lequel, postérieurement à l'extinction d'une étincelle d'allumage, on détecte la présence ou l'absence d'une ionisation des gaz contenus dans le cylindre en alimentant la bougie d'allumage du mélange avec une tension électrique prédéterminée et en détectant alors l'éventuel passage d'un courant dans la bougie. La bougie sert alors de sonde d'ionisation ce qui rend la mise en oeuvre de ce procédé de détection particulièrement peu coûteuse.
Pour cette mise en oeuvre, on propose dans la demande de brevet précitée un dispositif comprenant un distributeur modifié par l'adjonction de diodes pour autoriser le passage du courant "d'ionisation" dans la bougie. Les diodes doivent pouvoir supporter une très forte tension inverse lors de l'allumage d'étincelle dans les bougies et sont donc assez coûteuses. En outre, en cas de débranchement accidentel d'une bougie, la diode associée se comporte comme une capacité ce qui peut conduire à sa destruction sous très haute tension.
La présente invention a donc pour but de fournir un procédé et un dispositif de détection de ratés d'allumage dans un cylindre de moteur à combustion interne, qui soient à la fois de fonctionnement sur et de mise en oeuvre aussi peu coûteuse que possible.
On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaltront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de détection de ratés d'allumage dans un cylindre de moteur à combustion interne dans lequel on introduit un mélange air/carburant et on engendre électriquement une étincelle pour allumer le mélange.
Suivant l'invention, postérieurement au déclenchement de cette étincelle, on déclenche une deuxième étincelle, on détecte la surtension d'éclatement de cette deuxième étincelle, on compare cette surtension à un seuil de tension prédéterminé et on déduit l'occurrence ou la non-occurrence d'un raté d'allumage du mélange préalable à cette deuxième étincelle, suivant que la surtension détectée est supérieure ou inférieure au seuil de tension prédéterminé.
Avantageusement, on déclenche successivement les première et deuxième étincelles avec une même bougie d'allumage, la deuxième étincelle étant émise alors que le mélange air/carburant a subi une combustion ionisante après le déclenchement de la première étincelle. On constate en effet que la surtension que l'on mesure sur la bougie, lors de l'éclatement de la deuxième étincelle, est, du fait de la combustion ionisante, nettement inférieure à celle que l'on observe en l'absence d'une combustion préalable du mélange, résultant d'un raté d'allumage.
Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'invention fournit un dispositif comprenant a) des moyens pour déclencher une deuxième étincelle dans une bougie d'allumage d'un cylindre du moteur à la suite du déclenchement dans cette bougie d'une première étincelle d'allumage du mélange air/carburant, b) des moyens pour détecter l'amplitude de la surtension d'éclatement de la deuxième étincelle et c) des moyens pour comparer cette surtension à un seuil prédéterminé. Les moyens de détection comprennent une capacité connectée à un circuit d'alimentation de la bougie et des moyens pour inhiber la charge de cette capacité en dehors d'un intervalle de temps prédéterminé pendant lequel la surtension de deuxième étincelle doit intervenir.
D'autres caractéristiques et avantages du procédé et du dispositif suivant la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel
- la figure 1 représente schématiquement un dispositif de détection de ratés d'allumage suivant l'invention, incorporé à un dispositif d'allumage de moteur à combustion interne, et
- la figure 2 est un jeu de chronogrammes utiles à l'explication du procédé de détection suivant l'invention.
- la figure 1 représente schématiquement un dispositif de détection de ratés d'allumage suivant l'invention, incorporé à un dispositif d'allumage de moteur à combustion interne, et
- la figure 2 est un jeu de chronogrammes utiles à l'explication du procédé de détection suivant l'invention.
On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où l'on a représenté un dispositif d'allumage classique pour moteur à combustion interne, comprenant au moins une bougie 1 montée dans un cylindre du moteur, et une bobine d'allumage 2 comprenant des enroulements primaire 2a et secondaire 2b. On commande la charge de la bobine 2 en faisant passer un courant dans l'enroulement primaire 2a puis en coupant brusquement cette alimentation pour provoquer un transfert d'énergie électrique sous très haute tension (de l'ordre de 20 à 40 kV) dans l'enroulement secondaire. Cette très haute tension transmise aux électrodes de la bougie 1 par un distributeur 3 provoque l'éclatement d'une étincelle entre les électrodes de la bougie et la combustion d'un mélange air/carburant préalablement introduit dans le cylindre où se trouve cette bougie.
Dans un dispositif d'allumage moderne, l'alimentation de l'enroulement primaire par une source de tension V (une batterie à +12 volts par exemple) est commandée par un module de contrôle 4 de bobine, celui-ci étant lui-même commandé par un calculateur 5 comportant un microprocesseur 6 dûment programmé pour contrôler tant la charge de la bobine que l'instant d'éclatement d'une étincelle dans la bougie. Cet instant est repéré comme il est bien connu, par un "angle d'avance à l'allumage" déterminé à l'aide de moyens de repérage angulaire du cycle moteur (non représentés) et de tables numériques mises en mémoire et donnant la valeur de cet angle en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur tels que la pression d'air à l'admission et la vitesse de rotation du moteur, par exemple.Le microprocesseur 6 délivre sur une sortie 7 un signal de commande du module de contrôle de bobine 4, après traitement de ce signal dans un étage adaptateur 8.
On se réfère maintenant à la figure 2 du dessin annexé où l'on a représenté en A le signal de commande du module 4 émis par le microprocesseur 6 sur sa sortie 7, en B le courant circulant dans l'enroulement primaire de la bobine, en C la tension que l'on observe au point 9 du circuit secondaire du dispositif d'allumage, entre l'enroulement secondaire 2b et le distributeur 3. Classiquement, l'alimentation de l'enroulement primaire 2a étant déclenchée à l'instant t,, le courant (figure 2,B) dans cet enroulement croît jusqu'à l'instant t1 où le microprocesseur 6 commande la coupure de cette alimentation pour provoquer ainsi un transfert d'énergie dans l'enroulement secondaire 2b et l'éclatement d'une étincelle dans la bougie 1 pour enflammer le mélange air/carburant.Comme représenté à la figure 2, C, la tension prélevée en 9 se caractérise alors par une forte surtension initiale V1, d'amorçage de l'étincelle, tension qui s'amortit ensuite progressivement.
La combustion du mélange air/carburant déclenchée par l'étincelle provoque une forte ionisation des espèces chimiques contenues dans le cylindre, ionisation qui diminue la tension d'amorçage ou d'éclatement d'une étincelle dans la bougie.
Suivant l'invention, on tire parti de ce phénomène pour détecter un éventuel raté d'allumage à l'instant t1. Pour ce faire, postérieurement à l'instant t1 de déclenchement de l'étincelle d'allumage du mélange air/carburant, on déclenche une deuxième étincelle (à un instant t3), on détecte la surtension d'amorçage de cette deuxième étincelle, on compare cette surtension à un seuil de tension prédéterminé et on déduit l'occurrence ou la non occurrence d'un raté d'allumage du mélange à l'instant t1 suivant que la surtension détectée est supérieure ou inférieure au seuil de tension prédéterminé.
Pour provoquer l'allumage de cette deuxième étincelle, il faut réalimenter l'enroulement primaire 2a pendant un intervalle de temps T2 écarté de l'instant d'éclatement t1 de la première étincelle par un intervalle de temps T1. Cet intervalle T1 est choisi de manière que l'énergie totale dissipée par la première étincelle assure une combustion complète du mélange air/carburant introduit dans le cylindre. La réalimentation de l'enroulement primaire coupe la première étincelle et le temps T2 de recharge de la bobine dépend de l'énergie récupérée dans l'enroulement secondaire et induite lors du déclenchement de la première étincelle.
On constate une différence marquée des tensions d'amorçage de la deuxième étincelle, suivant que la première étincelle a provoqué ou non un allumage du mélange air/carburant.
C'est ainsi que dans une mise en oeuvre expérimentale de la présente invention, on a pu mesurer au point 9, lors de l'amorçage de la deuxième étincelle, une surtension
V2 = 900 V environ quand il y a eu allumage préalable du mélange air/carburant et une surtension V3 = 1500 V environ quand il y a eu raté d'allumage lors de la première étincelle. On a évalué alors à 500 V environ la chute de tension dans le distributeur mécanique 3, ce qui permet d'évaluer à 400 V environ la surtension d'allumage de la deuxième étincelle dans la bougie 1 en présence d'espèces ionisées par la combustion du mélange air/carburant et à 900-1000 V au moins la surtension nécessaire à l'allumage de la deuxième étincelle quand il y a eu raté d'allumage préalable.
V2 = 900 V environ quand il y a eu allumage préalable du mélange air/carburant et une surtension V3 = 1500 V environ quand il y a eu raté d'allumage lors de la première étincelle. On a évalué alors à 500 V environ la chute de tension dans le distributeur mécanique 3, ce qui permet d'évaluer à 400 V environ la surtension d'allumage de la deuxième étincelle dans la bougie 1 en présence d'espèces ionisées par la combustion du mélange air/carburant et à 900-1000 V au moins la surtension nécessaire à l'allumage de la deuxième étincelle quand il y a eu raté d'allumage préalable.
On a ainsi représenté à la figure 2 les tensions observées au point 9 du circuit secondaire lors de la commande des deux étincelles, en cas d'allumage du mélange air/carburant lors de la première étincelle (graphe C) et en cas de raté d'allumage (graphe D), l'axe E portant l'échelle des temps. Suivant l'invention, on distingue ces deux situations en comparant la tension d'amorçage de la deuxième étincelle à un seuil situé un peu au-dessus de la tension d'amorçage V2 moyenne en cas d'allumage préalable (900 V dans la mise en oeuvre expérimentale décrite ci-dessus).
Pour ce faire, le dispositif suivant l'invention comprend des moyens de détection de l'amplitude de la surtension d'amorçage de la deuxième étincelle et des moyens de comparaison de cette surtension à un seuil prédéterminé. Sur la figure 1, il apparaît que les moyens de détection comprennent un circuit de mesure de tension de crête 10 muni d'un pont diviseur 11 connecté au point 9 du circuit secondaire, d'une capacité 12 connectée au point milieu de ce pont à travers une diode de protection 13, d'un transistor MOS 14 de remise à zéro de la charge de cette capacité 12 et d'un étage inverseur 15 de mise en forme de la tension aux bornes de la capacité pour délivrer au microprocesseur 6 un signal analogique représentatif de cette tension.
Le microprocesseur 6 commande normalement une mise à la masse de la capacité 12, par la mise en conduction du transistor 14, commande développée à partir de la sortie 16 du microprocesseur.
Le microprocesseur commande successivement l'émission des première et deuxième étincelles. A l'émission de cette dernière, il commande aussi un blocage temporaire du transistor 14 pendant un temps T3 (voir figure 2,C) pour provoquer la charge de la capacité 12 à la surtension d'allumage de la deuxième étincelle. Cette surtension, mise en forme dans l'étage 15, est comparée dans le microprocesseur à un seuil prédéterminé. Lorsque la surtension est supérieure au seuil, on en déduit qu'il y a eu raté d'allumage lors de la première étincelle.
Le microprocesseur peut être dûment programmé pour assurer un traitement logiciel de valeurs successives de cette tension d'amorçage, échantillonnées lors de cycles de fonctionnement successifs du moteur. Dans le cas d'un moteur multicylindre, le traitement sera assuré cylindre par cylindre. Pour assurer l'autoadaptativité du dispositif en cas de dérives des surtensions mesurées dues à des dépôts de calamine ou à une variation d'écartement des électrodes de la bougie, ainsi que l'élimination de signaux parasites, le traitement peut comprendre un filtrage numérique, par exemple du premier ordre, des surtensions mesurées.On utilise alors un algorithme d'évaluation d'une surtension moyenne Vmoyen(i) tel que Vmoyen(j) = Vmoyen(i-l) + k(Vi-Vmoyen(i-1))
où Vi est la surtension instantanée mesurée lors du ième cycle moteur et k une constante.
où Vi est la surtension instantanée mesurée lors du ième cycle moteur et k une constante.
Si [ViV,oyen(i)J/VmoYen(i) > seuil prédéterminé, le microprocesseur enregistre et signale un raté d'allumage préalable. Le seuil peut être fonction du régime et de la charge du moteur. Dans ce cas les valeurs de seuil à prendre en compte sont prélevées par le microprocesseur dans une table numérique mise en mémoire.
I1 faut bien sûr que la deuxième étincelle intervienne alors que des gaz ionisés sont présents dans le cylindre, c'est-à-dire bien avant l'échappement de ces gaz. De préférence, on déclenche la deuxième étincelle au voisinage du maximum de pression dans le cylindre résultant de la combustion, c' est-à-dire dans l'intervalle de temps qui s'écoule jusqu'au moment où la pression dans le cylindre atteint son maximum, au voisinage du point mort haut PMH (voir figure 2,E).
En pratique, les intervalles de temps T1 et T2 sont tels qu a qu a :
1000 tr/mn, T1 + T2 = 3 ms
6000 tr/mn, T1 + T2 = 1,5 ms
T2 étant de l'ordre de 0,7 ms environ. La durée de l'étincelle principale s'en déduit : 2,3 ms à 1000 tr/mn, 0,8 ms à 6000 tr/mn ce qui est acceptable. La durée T2 de la charge de la bobine pour la production de la deuxième étincelle est déterminée de manière que l'on soit sûr d'obtenir un arc d'étincelle entre les électrodes de la bougie et la durée T1 de la première étincelle est établie pour assurer une inflammation correcte du mélange air/carburant dans le cylindre, comme on l'a vu plus haut.
1000 tr/mn, T1 + T2 = 3 ms
6000 tr/mn, T1 + T2 = 1,5 ms
T2 étant de l'ordre de 0,7 ms environ. La durée de l'étincelle principale s'en déduit : 2,3 ms à 1000 tr/mn, 0,8 ms à 6000 tr/mn ce qui est acceptable. La durée T2 de la charge de la bobine pour la production de la deuxième étincelle est déterminée de manière que l'on soit sûr d'obtenir un arc d'étincelle entre les électrodes de la bougie et la durée T1 de la première étincelle est établie pour assurer une inflammation correcte du mélange air/carburant dans le cylindre, comme on l'a vu plus haut.
La surtension de deuxième étincelle est enregistrée seulement pendant un temps T3 = T2 + 200 ps par exemple (voir figure 2,C) commandé par le microprocesseur (sortie 16) pour éviter la prise en compte d'impulsions parasites.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Ainsi, on pourrait aussi recharger la bobine, pour la production de la deuxième étincelle, avec une énergie calculée pour ne permettre la production d'une étincelle que dans le cas d'un allumage préalable du mélange lors de l'émission de la première étincelle. Ce procédé manquerait cependant de sûreté du fait que la résistance inter-électrodes peut baisser dans le temps (fuites dues à la calamine) ou s'accroître (accroissement de l'écart entre électrodes). En outre, l'invention est évidemment applicable à des dispositifs d'allumage autres qu'inductifs, capacitifs par exemple et à des dispositifs d'allumage "statiques" dans lesquels l'alimentation des bougies est commandée par des transistors de puissance et non par un distributeur mécanique.
Claims (11)
1. Procédé de détection des ratés d'allumage dans un cylindre de moteur à combustion interne dans lequel on introduit un mélange air/carburant et on engendre électriquement une étincelle pour allumer le mélange, caractérisé en ce que, postérieurement au déclenchement de cette étincelle, on déclenche une deuxième étincelle, on détecte la surtension d'éclatement de cette deuxième étincelle, on compare cette surtension à un seuil de tension prédéterminée et on déduit l'occurrence ou la non-occurrence d'un raté d'allumage du mélange préalable à cette deuxième étincelle, suivant que la surtension détectée est supérieure ou inférieure au seuil de tension prédéterminé.
2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on déclenche successivement les première et deuxième étincelles avec une même bougie d'allumage (1).
3. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on déclenche la deuxième étincelle avant l'instant où la pression dans le cylindre atteint un maximum.
4. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, appliqué à un moteur à combustion interne comprenant une pluralité de cylindres, caractérisé en ce qu'on opère une détection des ratés d'allumage, cylindre par cylindre.
5. Procédé conforme à la revendication 4, caractérisé en ce qu'on échantillonne la surtension de deuxième étincelle détectée au cours de cycles "moteurs" successifs, on calcule une valeur moyenne courante de la surtension par un filtrage du premier ordre et on compare la surtension instantanée mesurée à cette valeur moyenne pour détecter un raté d'allumage éventuel.
6. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le seuil de tension est fonction du régime et/ou de la charge du moteur.
7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend a) des moyens (2,4,6) pour déclencher une deuxième étincelle dans une bougie d'allumage (1) d'un cylindre du moteur à la suite du déclenchement dans cette bougie d'une première étincelle d'allumage du mélange air/carburant b) des moyens (10) pour détecter l'amplitude de la surtension d'éclatement de la deuxième étincelle, et c) des moyens (6) pour comparer cette surtension à un seuil prédéterminé.
8. Dispositif conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent une capacité (12) connectée à un circuit d'alimentation de la bougie (1) et des moyens (14) pour inhiber la charge de cette capacité en dehors d'un intervalle de temps prédéterminé pendant lequel la surtension de deuxième étincelle doit intervenir.
9. Dispositif conforme à la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un microprocesseur (6) pour commander les émissions des première et deuxième étincelles et les moyens d'inhibition (14), les moyens de comparaison étant incorporés à ce microprocesseur.
10. Dispositif conforme à la revendication 9 pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que le microprocesseur (6) comprend des moyens d'échantillonnage de la surtension de deuxième étincelle et des moyens de filtrage numérique de cette surtension.
11. Application du dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 7 à 10, à la commande de la coupure d'alimentation en carburant d'un cylindre d'un moteur à combustion interne, après détection d'au moins un raté d'allumage.
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