Brevet FR2034280A1 — publié le 19701211

La présente invention concerne un calculateur electronique de structure hybride, permettant le calcul, l'élaboration, la commande complète de l'injection d'un combustible quelconque, par l'intermédiaire d'injecteurs quelconques montés sur moteur thermique, dont il est possible de citer, à titre d'exemple non limitatif: les moteurs à explosion à allumage commandé, les moteurs diesel, les turbines, etc ... Le calculateur, selon l'invention, calcule, élabore et commande des injecteurs qui peuvent avantageusement être électromagnétiques, de manière que les quantités de combustible injectées soient, à tout instant, fonction des paramètres caractérisant les points de fonctionnement du moteur sur lequel le calculateur, selon l'invention, et le système d'injection sont montés, et, en conséquence, de réduire presque totalement le taux des gaz imbrulés polluant l'atmosphère et notamment la production d'oxyde de carbone. Une liste des paramètres pouvant, à titre d'exemple non limitatif, être pris en considération peut comprendre : le débit d'air admis dans le moteur, la température et la pression de cet air, la vitesse de rotation du moteur, une ou plusieurs températures caractéristiques du moteur, la position du volet d'admission d'air, etc ... A partir d'un quelconque groupe des paramètres énumérés ci-dessus, le calculateur, selon l'invention, et à titre d'exemple non limitatif, calcule, élabore et commande les caractéristiques de l'injection en combustible nécessaire au bon fonctionnement des moteurs, dans toutes les configurations possibles de fonctionnement comme : démarrage, ralenti, décélération, accélération, haut régime. Le calculateur, selon l'invention, calcule, élabore et commande l'injection en combustible à chaque cycle de rotation du moteur. Ainsi, toujours selon l'invention, et à titre d'exemple non limitatif, cette injection en combustible est déterminée dans sa quantitée et dans sa durée angulaire ainsi que dans sa position angulaire initiale ou finale ou les deux prises à la fois, par rapport au cycle moteur. Plus précisément, la présente invention concerne un calculateur de structure hybride pour l'injection de combustible comprenant 1/ Un ou plusieurs traducteurs déplacement-tension constitués par un potentiomètre bobiné à curseur mobile, connectés à un amplificateur de tension à circuits intégrés. 2/ Un ou plusieurs comparateurs de tension, et amplificateurs à très grand gain de tension d'erreur, constitués par un amplificateur différentiel à circuits intégrés. 3/ Un ou plusieurs modulateurs analogues/digitaux ou hybrides constitués par des éléments électroniques, discrets et à circuits intégrés, dont quatre ou plusieurs circuits logiques de fonction "BISTA3LE1, et "ET". 4/ Quatre ou plusieurs capteurs de rotation à aimants permanents ou à cellules photoélectriques. 5/ Un ou plusieurs intégrateurs constitués par un circuit passif, réseau de résistances et capacités. 6/ Un circuit logique de fonction "INHIBITION" constitué d'éléments électroniques à circuits intégrés. 7/ Quatre ou plusieurs amplificateurs de puissance de commande des injecteurs constitués par des éléments électroniques à semi-conducteurs qui peuvent être intégrés. De préférence, pour mieux faire comprendre comment l'invention peut être réalisée, il est décrit, selon l'invention, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation du calculateur hybride pour un moteur à explosion à quatre temps, muni de quatre chambres à combustion, à l'aide des dessins annexés sur lesquels les figures 1 et 2 représentent un schéma de principe du calculateur ; la figure 3 représente un schéma fonctionnel détaillé du calculateur ; les figures 5 et 6 représentent les diverses formes de signaux électriques ainsi que les lois de variation des dif-. férentes grandeurs rencontrées dans le calculateur hybride selon l'invention. Le calculateur hybride, selon l'invention, représenté dans son principe sur les figures 1 et 2, pour la commande d'un seul injecteur, comprend essentiellement 1/ Un traducteur déplacement-tension 1 qui transforme la grandeur de sortie du capteur de débit d'air en un signal électrique, sous forme d'une différence de potentiel continuellement variable. 2/ Un comparateur de tension-amplificateur, à très grand gain 2, qui détecte et amplifie la différence de potentiel entre les sorties du traducteur 1 et de l'intégrateur 5. 3/ Un modulateur analogue/digital ou hybride 3, qui élabore un signal électrique de forme rectangulaire 8, ayant une amplitude fixe, un front de montée déclenché par une impulsion is sue du capteur de rotation 4, et un front de descente déclenché par un signal électrique impulsionnel élaboré à partir du signal électrique issu du cOmparateuraiLl2lificateur 2. Le signal électrique de forme rectangulaire 8 représente lui-même les états ouverts ou fermés des injecteurs coninandés par les amplificateurs de puissance 7. 4/ Le capteur de rotation 4 qui délivre un signal électrique, sous forme d'impulsions, et qui sert de repère de début d'injection pour chaque injecteur. 5/ Un intégrateur 5 qui intègre le signal électrique issu du modulateur 3, c'est-à-dire encore qui élabore la valeur moyenne du signal électrique de forme rectangulaire 8. 6/ Un circuit logique de fonction "INHIBITION" 6 qui, dans certaines conditions, interdit l'injection, en bloquant le signal'électrique de forme rectangulaire 8 au niveau des circuits logiques de fonction "ET" du modulateur 3. 7/ Un ou plusieurs amplificateurs de puissance 7 qui sont chargés de transmettre, avec toute la puissance nécessaire et suffisante le signal électrique de forme rectangulaire 8 aux bobines des injecteurs proprement-dits ; ce signal constitue luimême le signal électrique de commande de fermeture et ouverture des injecteurs. Le calculateur hybride, selon l'invention, représenté fonctionnellement sur la figure 3, pour la commande de deux injecteurs, doit donc voir tous ses éléments constitutifs doublés pour la commande de 4 injecteurs. Cependant, la description d'une moitié du calculateur hybride, selon l'invention, suffit à la compréhension et comprend essentiellement : un capteur déplacement-tension 9 connecté aux boucles d'asservissement 10 et 11, lesquelles contrôlent respectivement le basculement des circuits logiques de fonction bistable 12 et 13 préalablement déclenchés par les capteurs de rotation 14. Les circuits de fonction logique "Er" 15 délivrent le signal électrique de forme rectangulaire 8 aux amplificateurs de puissance de commande 7 des injecteurs, si le circuit de fonction logique "INHIBITION" 16 l'autorise. Plus précisément, sur la figure 4, le détail logique des fonctions constitutives du calculateur hybride est représenté, selon l'invention, et comprend essentiellement : le capteur déplacement-tension et le comparateur 17 qui élaborent la différence de potentiel entre le point de retour de la boucle d'asservissement et le curseur du capteur déplacement-tension.Cette différence de potentiel est présentée entre deux points notés plus (+) et moins (-) de l'amplificateur d'erreur 18 qui est un amplificateur différentiel à circuits intégrés, lequel est précédé par un pont de résistances R e a resistances Ra et Rb ayant pour but de limiter ltamplitude de la tension délivrée par le curseur du capteur dedéplacement-ten- sion, et de modifier le temps d'injection en fonction de paramètres extérieurs qui peuvent être la température et/ou la densité de l'air extérieur. Sur le point noté moins (-) de l'amplificateur 18, est monté le circuit intégrateur 19 qui intègre, c'est-à-dire élabore la valeur moyenne du signal électrique de forme rectangulaire délivré par le comparateur 17.L'ensemble des éléments discrets constitués par les transistors, diodes, résistances et condensateurs compris dans le cadre 20, forme le modulateur 20, dans sa partie analogique, qui est chargé de délivrer un signal électrique de forme impulsionnelle, assurant lui-même le basculement des circuits logiques de fonction "BISTABLE" et "ET" de 22. Les capteurs de rotation 21 délivrent aux mêmes circuits modulateurs, dans leur partie digitale 22, des signaux électriques de forme impulsionnelle qui représentent eux-mêmes le basculement initial des circuits logiques "BISTABLE" 22, marquant ainsi l'instant d'ouverture des injecteurs.Le circuit logique de fonction "INEIBITION" 23 autorise ou n'autorise pas la transmission aux amplificateurs de puissance de commande des injecteurs du signal électrique de forme rectangulaire 8 qui détermine l'ouverture des injecteurs. L'énergie électrique nécessaire à l'ensemble du calculateur hybride, selon l'invention, est fournie par les blocs d'alimentation 24 et 25 respectivement de plus et moins quinze volts continu et plus cinq volts continu. Les figures 5 et 6 représentent les diverses formes de signaux électriques rencontrées respectivement dans le calculateur et son modulateur 20, ceci pour mieux faire comprendre le fonctionnement du calculateur selon l'invention. La figure 5 comprend essentiellement : les impulsions 26 issues des capteurs 21 qui déclenchent chronologiquement l'ouverture des injecteurs comme représenté par les signaux 27 et 28 eux-mêmes issus des circuits logiques "BISTABLE" 22. La sortie du circuit logique "OU" 22 est représentée par le signal 29, luimême étant transmis simultanément au modulateur 20 et au compara teur 17, comme représenté par le signal 30. Lorsque le calculateur, selon l'invention, est prévu pour un ensemble de quatre injecteurs, les signaux 31 et 32 concernent la seconde moitié du calculateur, ceux-ci étant euxmêmes les homologues des signaux 29 et 30. Pour mieux faire comprendre l'elaboration du signal rectangulaire 8, les diverses formes de signaux électriques rencon trées dans le modulateur 20 sont représentées sur la figure 6 qui comprend essentiellement : l'impulsion issue du capteur de rotation 21 qui entrain le basculement du circut "BISTABLE" en 22 selon 33 ce signal 33. est retransmis à travers le circuit "OU" en 22, selon 34, lequel va permettre la charge 36 d'un condensateur au point A de 20, qui, elle-même, en atteignant le niveau de la tension 35 au point B de 20, va provoquer l'impulsion 37 au point C de 22, ce qui a pour conséquence le rebasculement du circuit "BISTABLE" en 22, selon 33.Ce signal est lui-même retransmis à travers le circuit "ET" en 22 selon 34, lequel va permettre la décharge 36 d'un condensateur au point A de 20 et ainsi, tous les signaux électriques reviennent à l'état initial qu'ils avaient avant l'apparition de l'impulsion 26. Simultanément aux événements dus à l'impulsion 26, le signal électrique 34 est transmis à l'intégrateur 19 à travers le comparateur 17 qui délivre au point D de 17 un signal électrique selon 38. Le signal électrique 38 est intégré par l'intégrateur 19 et cette opération est effectuée avec une précision supérieure à un pourmille. Toujours, selon l'invention, pour faciliter la période de démarrage, il est prévu, au niveau du modulateur 20, l'introduction d'une nouvelle résistance pour augmenter le temps de charge du condensateur au niveau du point A de 20. Toujours selon l'invention, le circuit logique "INHIBI TION" permet d'interdire l'injection dans certains cas, par exemple "pied levé du conducteur". Ce circuit permet ainsi d'augmenter le couple ralenti du moteur et d'éviter surtout les gaz imbrulés qui polluent l'atmosphère. R B V B N D I C A T I ON l'invention concerne : I) Un calculateur de structure hybride dont les caractéristiques permettent : le calcul, l'élaboration, la commande complète de l'inection d'un oombustible quelconque, par l'intermédiaire dtinjecteurs montés sur uh moteur thermique, tel que les moteurs à explosion i allumage oommandé, les moteurs Diesel ou les turbines, en pre nant en compte les paramètres suivants en vue des calculs, éla boration et commandes à effectuer, savoir : débit d'air admis dans le moteur, température caractéristique des divers éléments du moteur position du papillon d'admission d'air avec en outre la possibilité de modifier par simple réglage dudit dispositif les caractéristiques de l'injection globale et sélective au point de vue quantité, durée, début, fin, sans modification du mécanisme original, par élimination temporaire ou définitive d'organes mécaniques en mouvement. 2) Une realisation du dispositif de calculateur hybride selon I caractérisé par les points suivants a/ Un traducteurs déplacement - tension qui transformenla gran deur de sortie- du capteur de débit d'air en un signal élec trique, sous forme d'une différence de potentiel continuel lement variable. b/ Un comparateur de tension - amplificateur, à très grand gain qui détecte et amplifie la différence de potentiel entre les sorties du traducteur et de l'intégrateur. c/ Un modulateur qui élabore un ou plusieurs signaux électriques de forme rectangulaire ayant une amplitude fixe, un front de montée déclenché par une impulsion issue du capteur de rota- tion, et un front de descente déclenché par un signal élec trique impulsionnel élaboré à partir du signal électrique issu du comparateur - amplificateur, le signal électrique de forme rectangulaire représentant les états ouverts ou fermés des injecteurs commandes par les amplificateurs de puissance. d/ Des capteurs de rotation qui délivrent un signal électrique, sous forme d'impulsions, et qui servent de repères de début d'injection pour chaque injecteur, e/ Des intégrateurs qui intègrent le signal électrique issu du modulateur, constituant la valeur moyenne du signal électrique de forme rectangulaire. fi Des circuits logiques de fonction "IlmHIBITION" susceptibles d'interdire l'injection, en bloquant le signal électrique de forme reetangulaire au-nia-eau des circuits logiques de fonction "ET" du modulateur. g/ D-es amplificateurs de puissance- chargés de transmettre, le signal électrique de forme rectangulaire aux bobines des injecteurs proprement dits, qui constitue le signal électri que de commande de fermeture et ouverture des injecteurs. 3) Un agencement des mécanismes selon II permettant de réduire presque totalement le taux des imbrtlés qui polluent ltatmos- phère, notamment en oxyde de carbone avec un rendement accru du moteur, par un aménagement du circuit logique NInhibitionn augmentant le couple ralenti du moteur à la position "pied levé du conducteur".