Brevet FR2029418A1 — publié le 19701023

La présente invention concerne un calculateur digital de carburation permettant le calcul, l'élaboration, la commande, la modification et la suppression du temps d'ouverture de un, deux, quatre ou plusieurs injecteurs électromagnétiques montés sur un moteur a explosion. Le calculateur, selon l'invention, calcule et élabore a partir des paramètres d'entrée qui sont : le débit d'air, le régime du moteur ou vitesse de rotation, la température et la densité de l'air extérieur, le temps d'ouverture des injecteurs ou, en d'autres termes, le temps d'injection. Ce temps d'injection est commandé de manière à ce que la carburation successive dans chaque cylindre du moteur soit dépendante de la température et de la densité extérieures de l'air. Ce temps d'injection est supprimé pour augmenter, quand nécessaire, le couple ralenti du moteur. Dans ces conditions, le taux des gaz imbrulés qui polluent l'atmosphère et qui sont la résultante de la combustion dans chaque cylindre du moteur, est fortement réduit et, dans certains cas de fonctionnement, totalement supprimé. Plus précisément, la présente invention concerne un calculateur digital de carburation comprenant 1/ Un traducteur tension-fréquence par oscillateur multivibrateur contrôlé, 2/ Quatre ou plusieurs capteurs de rotation a aimant permanent ou cellule photo-électrique, 3/ Un ou plusieurs compteurs digitaux d'impulsions constitués par des éléments électroniques a circuits intégrés, 4/ Une ou plusieurs mémoires digitales d'un nombre écrit dans un code donné constituées par des éléments électroniques a circuits intégrés, 5/ Une horloge constituée par un oscillateur multivibrateur contrôlé, 6/ Deux ou plusieurs décompteurs digitaux d'impulsions a prépositionnement constitués par des éléments electroniques à circuits intégrés, 7/ Quatre ou plusieurs circuits logiques de fonction "ET" constitués par des éléments électroniques a circuits intégrés, 8/ Quatre ou plusieurs circuits logiques de fonction "BISTABLE" constitués par des éléments électroniques a circuits intégrés, 9/ Trois ou plusieurs circuits logiques de fonction "RETARD" constitués par des éléments électroniques à circuits in tigres, 10/ Un circuit logique de fonction "INHIBITION" constitué par des élements électroniques a circuits intégrés, 11/ Quatre ou plusieurs amplificateurs de puissance de commande des injecteurs. De préférence, pour mieux faire comprendre camment l'in- vention peut être réalisée, il est décrit, selon l'invention, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation du calculateur pour un moteur à explosion à quatre temps, muni de quatre chambres de combustion, à 1 'aide des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente un. schéma fonctionnel du calculateur ; les figures 2, 3, 4 et 5 représentent les diverses formes de signaux électriques ainsi que la loi de variation des différentes grandeurs rencontrés dans le calculateur selon l'invention. La figure 6 représente les éléments symboliques utilisés dans la figure 1. Le calculateur, selon l'invention, représenté schématiquement sur la figure 1, comprend essentiellement 1/ Un traducteur tension-fréquence 1 qui transforme la grandeur de sortie du capteur de débit d'air en un signal électrique périodique de période inversement proportionnelle au débit d'air. 2/ Le capteur de rotation 2 qui délivre un signal électrique à chaque cycle moteur et qui sert aussi de repère de début d'injection pour le cylindre NO 1 ainsi que les capteurs de rotation 3, 4- et 5 qui délivrent le signal électrique de début d'injection pour les trois cylindres. 3/ Un compteur digital d'impulsions 6 qui compte, pendant l'intervalle de temps défini par les deux signaux électriques consécutifs délivrés par le capteur 2, les impulsions issues du traducteur tension-fréquence 1, de telle manière que le nombre d'impulsions chargé dans le compteur 6 soit égal au nombre entier immédiatement inférieur ou égal au rapport de la période du signal qui définit la durée ducomptage, et la période du signal de comptage. 4/ Une mémoire digitale 7 qui conserve le nombre ?labo- ré par le compteur digital d'impulsions j6.. durant le cycle moteur précédent. 5/ Une horloge digitale 8 qui délivre- un signal électrique périodique dont la période est la résolution avec laquelle le temps d'injection est élabore. Cette période est rendue dépendante de la température et de la densité de l'air extérieur en utilisant dans le générateur de base de temps un élément convenable dépendant de la température et de la densité. 6/ Deux décompteurs digitaux d'impulsions à préposition- nement 9, 10, qui, à chaque impulsion reçue, font décroître d'une unité le nombre primitivement stocké dans le compteur. 7/ Deux circuits logiques de fonction "ET " 11, 12 qui délivrent une information chaque fois que le décompteur digital d 'impulsions 9 est à zéro ; le circuit 12 étant associé au décompteur 10. 8/ Quatre- circuits logiques de fonction "BISTABLE" 13, 14, 15 et 16, qui possèdent deux positions d'équilibre de façon qu'une position représente l'injecteur fermé et l'autre position l''injecteur ouvert, respectivement pour les amplificateurs de puissance de commande des injecteurs NO 1, 2, 3 et 4. 9/ Deux circuits logiques de fonction "ÉT11, 17, 18, qui sont chargés d'élaborer le signal autorisant le prépositionnement respectivement des décompteurs 9, 10. 10/ Un circuit logique de fonction "RETARD" 19 qui apporte divers retards afin d'assurer, après l'arrêt du compteur digital d 'impulsions 6, dans l'ordre chronologique - Un temps de stabilisation du compteur digital d'impulsions 6, - Le transfert du contenu de ce dernier dans la mémoire digitale 7, - La mise à zéro de ce compteur digital d'impulsions 6. 11/ Un circuit logique de fonction "INHIBITION" 20 qui, dans certaines conditions, interdit l'injection, en bloquant le signal de commande d'ouverture au niveau des bistables 13, 14, 15 et 16. Les figures 2 et 3 représentent, selon l'invention, les diverses formes de signaux rencontrées ainsi que la loi de varia- tion des différentes grandeurs. Les capteurs 2, 3, 4 et 5 délivrent respectivement les signaux 21, 22, 23, 24. Seul, le front de montez a été représenté. Ces -fronts font basculer- les éiéments bistables correspondants dans la position "injecteur ouvert" comme il apparaît sur les oscillogrammes 25, 26, 27 et 28. Chaque fois que le bistable est mis en position "injecteur ouvert', le contenu du compteur digital d'impulsions 6 est transféré dans la memoire digitåle 7 et le compteur est remis à zéro.- La figure 3 montre le détail des opérations, selon l'invention. Le front de montée 25 est retarde dans le circuit logique de fonction "RETARD" 19 de la quantité 29 égale à 01. Durant 01 r le compteur digital d'impulsions 6 ne reçoit plus les impul- sions de comptage venant du traducteur tension-fréquence 1, ceci afin de permettre à la dernière impulsion de se propager dans le compteur avant d'envisager le transfert du contenu du compteur digital d'impulsions 6 dans la mémoire digitale 7. Le circuit logique de fonction "RETARD" 19 décale a nouveau le front de montée 25 d'une quantitée 30 égale a 02 durant laquelle le nombre contenu dans le compteur digital 6 est transféré dans la mémoire digitale 7. Le signal 32 est précisément le signal d'écriture dans la mémoire digitale 7.Le comptage des impulsions dans le compteur digital 6 est à nouveau interdit durant 0, 2 de telle sorte que le signal 31 d'une durée 81+82 interdise le comptage de ces mêmes impulsions. On retarde encore une fois le comptage de ces mêmes impulsions d'une quantité 33 égale à 83 durant laquelle le signal 34 remet le compteur digital 6 à zéro. Au voisinage de cet instant, on distinque en 35, au niveau du compteur digital 6 - Les dernières incrémentations du cycle précédent, correspondant aux nombres p-l et p qui résultent du comptage des impulsions, - L'intervalle de temps 01 durant lequel on permet au nombre p de s 'établir, - L'intervalle de temps 02 durant lequel on écrit le nombre p dans la mémoire digitale 7, - L'intervalle de temps 03 durant lequel le compteur digital 6 est remis à zéro, - Les premières incrémentations du nouveau cycle qui recommence, soit 1, 2 ... Les quantités 01, 2 03 distendent de la technologie employée et peuvent être nulles. Leur somme est tres petite devant la durée d'un cycle de comptage des impulsions et n'affecte pas le résultat. Considérons à nouveau les figures 2 et 4. L'accroissement du contenu du compteur digital 6 est représenté en 36 (en réalité, la rampe est en escalier). Le nombre p obtenu au bout d'un cycle est égal au rapport de la durée du cycle par la période du signal issu du traducteur tension-fréquence 1. Le nombre p est donc proportionnel au débit d'air et inversement proportionnel au régime du moteur. Le contenu de la mémoire digitale 7 est représenté en 37 et change de valeur a la fin d'un cycle si le nombre p, calculé durant ce cycle, est différent de celui qui a été calculé durant le cycle précédent. Durant l'intervalle de temps pendant lequel les injecteurs I et III sont fermés (signaux 25 et 27 bas simultanément), on élabore dans le circuit logique de fonction "ET" 17 un signal 38 ou 47, figure 4, dit de "prépositionnement" qui, lorsqu'il est haut, prépositionne le décompteur digital 9 a la valeur du nombre p contenu dans la mémoire digitale 7. Dès que le signal 21 apparat, l'oscillogramme prend une valeur haute et le signal 38 tombe vers sa valeur la plus basse. Le prépositionnement du décompteur digital 9 n'est plus maintenu et les impulsions de base de temps issues de l'horloge 8 viennent décompter le nombre p comme le montre le signal 39 ou 44 sur la figure 4. Lorsque le décompteur 9 a atteint zéro, le circuit logique de fonction "ET" 11 délivre un signal 40 ou 45, figure 4, qui prend un niveau haut. Ce signal entraîne les opérations suivantes par ordre chronologique 1/ Le signal 40 remet le bis table 13 dans la position "injecteur fermé", le signal 25 ou 46 de la figure 4 retombe vers son niveau le plus bas. Ceci a pour conséquence de redonner au signal de prépositionnement 38 sa valeur la plus haute. 2/ Le décompteur digital à prepositionnement-9 recopie alors le nombre p et le signal de remise a zéro retombe. 3/ Le décomptage du nombre p qui dure un temps égal au temps d'ouverture de l'injecteur fixedonc la durée dtinjection. Cette durée est égale a p fois la période du signal de base de temps. Cette période étant dépendante de la température et de la densité de l'air extérieur, le temps d'injection est alors luimmê- me dépendant de la température et de la densité de l'air extérieur. 4/ Le décompteur 9 élabore ensuite le signal d'ouverture de l'injecteur III. 5/ Le décompteur 10 ainsi que les circuits logiques 11 et 18 réalisent les opérations similaires pour les injecteurs II et rN correspondant aux diagrammes 41, 42 et 43. Si les circuits logiques largement employés dans le calculateur, selon l'invention, peuvent être utilisés dans une gamme étendue de températures, et avec une alimentation peu stable sans que le fonctionnement du calculateur selon l'invention et la précision du temps d'ouverture des injecteurs en soient altérés, il n'en est pas de même si un certain nombre de précautions ne sont pas prises dans la réalisation du traducteur tension-fréquence 1 et de l'horloge digitale 8. A titre d'exemple, et pour préciser cet aspect, supposons que le traducteur tension-fréquence l et l'horloge 8 soient des multivibrateurs : la période du signal d'un tel oscillateur est, dans ce cas, proportionnelle au produit des valeurs propres à une résistance et à un condensateur du circuit ainsi qu'à la fonction de la tension d'alimentation, de la température et du ma teriau semi-conducteur employé.Si l'on prend la précaution de réaliser les deux oscillateurs en les alimentant à partir de la même source et d'utiliser les éléments semi-conducteurs monolytiques pour les parties homologues des deux oscillateurs, on peut arriver à ce que les deux fonctions de la tension d'alimentation, de la température du matériau dont dépendent les périodes d'oscillation, ne soient pas différentes de plus de un pour cent/un pour mille dans la gamme envisagée. Le temps d'injection qui est proportionnel au rapport de ces deux périodes dépendra donc du rapport des produits des valeurs propres aux résistances et capacités des circuits oscillateurs. Toujours, selon l'invention, il est possible d'avoir, par exemple, la résistance R du traducteur 1 inversement proportionnelle à la grandeur de sortie du capteur de débit d'air qui serait ici un déplacement et nous pouvons choisir l'un des deux condensateurs de l'horloge 8 avec un coefficient de température convenable afin d'assurer l'enrichissement du mélange à bas régime. Il est possible, toujours selon l'invention, d'opérer avec certaines variantes parmi lesquelles nous pouvons citer 1/ Inverser le rôle joué par le traducteur l et l'horloge 8 : celle-ci attaque le compteur 6 et le traducteur 1 attaque les décompteurs 9 et 10. Cette version présente l'avantage d'avoir la résistance R variable proportionnellement à la grandeur de sortie du capteur de débit d'air. Elle présente toutefois l'inconvénient d'exiger pour une même précision plus d'étages dans les éléments 6, 7, 9, 10, ll et 12 car si dans le premier cas, le nombre p à traiter varie comme le temps d'injection, dans le second cas, p varie comme l'inverse du régime. 2/ Utiliser le même élément comme compteur et décomp teur. Il faut alors distinguer une première phase de comptage des impulsions du traducteur 1 sur une fraction de cycle puis une phase de décomptage avec les impulsions de l'horloge 8. 3/ N'utiliser qu'un décompteur 9 donc qu'un circuit logique "ET" 11 et qu'un circuit logique 17 mais cette économie de matériel interdit des durées d'injection supérieures à 900 du cycle moteur. Toujours selon l'invention, des dispositifs annexes 20 permettent d'interdire l'injection dans certains cas, figure 5, par exemple : pied levé et régime moteur supérieur à une valeur donnée. Ce dispositif permet dans certains cas particuliers d'augmenter le couple ralenti et d'éviter surtout les gaz imbrûlés qui polluent l'atmosphère. Le démarrage est assuré en modifiant, pendant le temps nécessaire, la période des signaux délivrés par le traducteur 1 et l'horloge 2. REVENDICATIONS 1/ Une méthode de calcul des éléments de carburation d'un moteur à explosion permettant : le calcul, l'élaboration, la commande ou la suppression du temps d'ouverture d'un ou plusieurs injec teurs électromagnétiques montés sur le-dit moteur, à l'aide d'un calculateur digital, en fonction du débit d'air, du régime du moteur, de la température et de la densité de l'air ambiant. 2/ Un mode de réalisation du calculateur digital de carburation selon 1, caractérisé par les éléments constitutifs suivants a) Un traducteur tension-fréquence par oscillateur multivibrateur-contrôle qui transforme la grandeur sotie du capteur d'air en un signal électrique périodique, de période inversement proportionnelle au débit d'air. b) Un capteur de rotation à cellule photo-électrique ou aimant permanent qui délivre à chaque cycle moteur un signal électrique servant aussi de repère de débit d'injection pour le cylindre considéré. c) Un compteur digital d'impulsions qui compte, pendant l'intervalle de temps défini par deux signaux électriques con sécutifs délivrés par le capteur selon 2b, les impulsions issues du traducteur tension-fréquence selon 2a. d) Une mémoire digitale qui conserve le nombre élaboré par le compteur digital d'impulsions selon 2c durant le cycle moteur précédent. e) Une horloge digitale constituée par un oscillateur multivibrateur-contrôle qui délivre, à l'aide d'un générateur de base temps, un signal électrique périodique dont la période est la resolution,laquelle est dépendante de la température, de la densité de l'air ambiant. f) Deux décompteurs digitaux d'impulsions à préposi tionnement qui, à chaque impulsion reçue, font décroitre d'une unité le nombre primitivement stocké selon 2c. g) Deux circuits logiques de fonction délivrant une in formation chaque fois que le ou les compteurs digitaux d'impul sions selon 2f, sont à zéro. h) Quatre circuits logiques de fonction "bistable" possédant deux positions d'équilibre représentant l'une l'injec teur fermé, l'autre l'injecteur ouvert selon le cylindre consi déré. i) Deux circuits logiques de fonction chargés d'élabo rer le signal autorisant le prépositionnement des compteurs selon 2f. j) Un circuit logique de fonction "retard" assurant après arrêt du compteur digital 2c, dans l'ordre chronologique - Un temps de stabilisation du compteur digital d'impulsions selon 2c, - Le transfert du contenu de ce dernier dans la mémoire digi tale selon 2d, - La mise à zéro de ce compteur digital d'impulsions selon 2c. k) Un circuit logique de fonction "inhibition" qui peut interdire l'injection en bloquant le signal de commande d'ou verture au niveau des circuits bistables selon 2h. 3/ Une réalisation du calculateur digital de carburation selon 2, dans lequel la disposition ou l'ordre de fonctionnement des organes en cause est modifié, par exemple, d'une ou plusieurs des façons ci-dessous a) Le traducteur tension-fréquence comporte une résis tance proportionnelle à la grandeur de sortie du capteur d'air. b) Le rôle du traducteur de tension-fréquence et de l'horloge est inversé. c) Les mêmes organes sont utilisés comme compteurs et décompteurs digitaux d'impulsions. d) On n'utilise qu'un décompteur, donc un seul circuit logique de fonction "ET". e) On utilise des dispositifs annexes (figure 5) permet tant d'interdire l'injection ou d'augmenter le ralenti du mo teur pour restreindre la quantité des gaz imbrulés.