Brevet FR2418346A1 — publié le 19790921

L'invention concerne une installation d'allumage pour moteurs à combustion interne, comportant une calculatrice d'allumage qui est commandée par un dispositif capteur tournant et qui produit un signal de sortie déterminant le point d'allumage en fonction de la vitesse de rotation ainsi que, de préférence, d'autres paramètres relatifs au moteur à combustion interne. On connaît déjà des installations d'allumage de ce type comportant une calculatrice d'allumage d'après le DE-CS 2 352 694 et le DE-OS 2 539 113 et dans lesquelles on peut faire varier le point d'allumage en fonction de divers paramètres relatifs au moteur à combustion interne. Les conditions particulières lors d'un démarrage à froid et d'un démarrage à chaud, ainsi que lors du rétablissement de l'injection de carburant après fonctionnement en frein moteur, ne sont cependant pas prises en compte dans les documents cités concernant l'état connu de la technique. Il est même connu et usuel de décaler le point d'allumage vers le retard dans le cas du démarrage. L'invention a pour but de combler cette insuffisance et concerne à cet effet une installation du type ci-dessus, caractérisée en ce qu'il est prévu un dispositif indicateur pour détecter une condition de fonctionnement du moteur à combustion interne dans laquelle il se présente un mélange pauvre d'air et de carburant dans la chambre de combustion (mélange superstoechiométrique comportant trop peu de carburant), ce dispositif indicateur pouvant déclencher un décalage du signal de sortie de la calculatrice dans le sens de l'avance a' l'allumage. Par rapport aux réalisations connues, l'installation d'allumage conforme à l'invention a pour avantage qu'on peut avoir un faible dégagement d'hydrocarbures même lorsque le moteur à combustion interne fonctionne en économisant le carburant (mélange pauvre). Cela est vrai principalement pour les conditions de fonctionnement défavorables à cet effet, telles que le démarrage à froid et le démarrage à chaud, ainsi que lors du passage du fonctionnement en frein moteur avec coupure du carburant, au fonctionnement en charge. Par des dispositions indiquées dans la suite, on peut obtenir des modes de réalisation et des perfectionnements de l'installation d'allumage, telle que définie ci-dessus selon l'invention. Il est particulièrement avantageux de prévoir un étage additionneur pour décaler le signal de sortie de la calculatrice d'allumage se présentant sous forme de valeur numérique, une valeur numérique de correction étant ajoutée au signal de sortie dans l'étage additionneur, cette valeur de correction étant liée à la condition de fonctionnement considérée du moteur à combustion interne (démarrage à froid ou à chaud, passage du fonctionnement en frein moteur, avec coupure du carburant, au fonctionnement en charge). Il est en outre particulièrement avantageux de faire dépendre ce décalage d'avance à l'allumage de la température du moteur. On obtient un ajustement et une possibilité de variation de façon particulièrement optimale en intercalant des mémoires de constantes (ROM) dans les conducteurs de données pour faire varier les valeurs numériques de correction suivant une fonction pouvant être prédéterminée. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 représente l'action de l'avance à l'allumage sur le coefficient d'air à la limite de marche - la figure 2 représente la variation de la valeur moyenne du nombre mesuré des temps de fonctionnement sans combustion en fonction de l'avance à l'allumage - la figure 3 représente la variation de la limite de retour de manivelle en fonction de la température du moteur - la figure 4 représente un exemple de réalisation de l'installation conforme à l'invention. Lors du démarrage à froid et à chaud d'un moteur à combustion interne, ainsi que lors du rétablissement de l'amenée du carburant après le fonctionnement en frein moteur, le mélange de carburant et d'air est pauvre dans la chambre de combustion au cours des premiers cycles de fonctionnement. Par rapport à un mélange stoechiométrique, on ne dispose donc que d'une trop faible quantité de carburants car ce carburant ne se vaporise que de façon insuffisante devant la soupape d'admission et n'est donc pas complètement transporté dans la chambre de combustion. Le coefficient d'air dans la chambre de combustion ne devient égal au coefficient d'air de consigne qu'au bout de quelques cycles de fonctionnement, car il s'est alors formé un stock de carburant sur les parois de la tubulure d'admission devant la soupape d'admission.En outre des recherches effectuées sur la limite de marche en mélange pauvre ont montré que celle-ci pouvait être décalée vers des coefficients d'air plus élevés lorsque l'avance à l'allumage iz croit. Cela est représenté sur la figure 1. En se référant au processus décrit précédemment, cela signifie que le mélange peut être enflammé déjà à un instant plus rapproché du début d'injection lorsque l'angle d'allu mage xi est réglé vers l'avance pendant quelques cycles de fonctionnement lors du début d'injection. A cet égards la figure 2 représente l'action de l'angle d'allumage avancé d. (en degrés d'angle du vilebrequin) sur le nombre mesuré (valeur moyenne Zov des cycles de fonctionnement ayant lieu sans combustion après le début d'injection. Le dégagement d'hydrocarbures constaté lors du passage du fonctionnement en frein moteur au fonctionnement en charge, et pour un coefficient d'air de consigne égal à 1, présente une pointe élevée correspondant au nombre des cycles de fonctionnement sans combustion et lorsque la combustion s'établit, cette pointe tombe rapidement aux valeurs usuelles. La pointe de dégagement d'hydrocarbures se déplace vers des valeurs plus faibles lorsque l'avance à l'allumage croît. Lors- que le carburant arrive en quantité excédentaire, on peut bien avoir une réduction du nombre des cycles de travail sans combustion, mais il en résulte une consommation de carburant accrue. Pour l'angle d'allumage iz, on doit avoir la relation suivante &alpha;z = &alpha;zo (n, charge) + &alpha;z1 (n, T) + &alpha;22 (n, T) dans laquelle = = valeur de base de l'angle d'allumage, = = angle de correction d'allumage pour le démarrage à froid et a' chaud, cet angle étant fonction de la vitesse de rotation et de la température caractéristique T du moteur (par exemple de la température de l'eau ou de la température de paroi de la tubulure d'admission); iZ2 = angle de correction d'allumage lors du rétablissement de l'injection après le fonctionnement en frein moteur avec coupure du carburant, cet angle étant fonction de la vitesse de rotation n et de la température T. Au démarrage, on a &alpha;z2 = 0 et, par suite 0 L'angleO( doit alors être inférieur à l'angle d'allumage &alpha;zr z Zr de retour de manivelle du moteur, c'est-à-dire à l'angle pour lequel peut se produire une inversion du sens de rotation ; la variation de cet angle est représentée sur la figure 3. La zone hachurée sur la figure 3 correspond du domaine utilisable pour une avance à l'allumage. La ligne en trait interrompu donne une distance de sécurité vis-à-vis de la limite ultime de retour de manivelle. On doit tenir compte de ces données obtenues de façon empirique pour effectuer la correction de température. Lors du passage du fonctionnement en frein moteur au fonctionnement en charge, on a &alpha;Z1 = O et, par suite, &alpha;Z = &alpha;ZO + &alpha;Z2 En fonction de la vitesse de rotation et de la température, &alpha;z1 et &alpha;z2 doivent pouvoir s'abaisser jusqu'à la valeur zéro.Les fonctions requises pour cela doivent être déterminées et optimisées expérimentalement ; dans les systèmes d'allumage numériques, par exemple suivant ltétat de la technique mentionné dans le préambule, la valeur de base de l'angle d'allumage se présente sous forme de valeur numérique, à laquelle on doit ajouter les valeurs de correction d et 0 Zi Z2 Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 4, l'installation est équipée d'un dispositif capteur 10 comportant un disque denté ioe assemblé de préférence avec le vilebrequin du moteur à combustion interne et présentant sur son pourtour des dents 101 disposées à égales distances.Ces dents sont palpées par un premier capteur 102, chaque dent ferromagnétique provoquant dans ce capteur inductif 102 une variation d'inductance qui entraine la production d'un signal. Au lieu de dents ferromagnétiques, on peut aussi prévoir d'autres repères pouvant etre palpés par d'autres capteurs. Ainsi, par exemple, le disque peut être magnétisé suivant des bandes sur son pourtour ou présenter des perforations palpées par un capteur optique. Deux repères de référence 103 sont également disposés sur le disque 100. En fonction du nombre des processus d'allumage désirés par tour de rotation du disque denté 100 - c'est-à-dire proportionnellement au nombre des cylindres du moteur à combustion interne on peut prévoir d'autres repères de référence similaires 103. Ces repères peuvent aussi, bien entendu, être disposés sur un autre disque. Les repères de référence 103 sont palpés par un second capteur inductif 104. Pour la conversion des signaux des deux capteurs 102, 104, on peut prévoir de préférence des étages formateurs d'impulsions - non représentés sur le dessin - et qui transforment les signaux des capteurs en signaux rectangulaires. Les deux capteurs 102, 104 sont reliés à une calculatrice d'allumage 11, par exemple connue d'après l'état de la technique indiqué dans le préambule. Cette calculatrice détermine le point d'allumage et, le cas échéant, aussi le temps de fermeture en fonction des paramètres correspondant au moteur à combustion interne (vitesse de rotation n, température T, angle du papillon d'étranglement/3, débit d'air L, etc.). La valeur numérique initiale de la calculatrice d'allumage 11 est envoyée à un premier additionneur intégral 12, dont les sorties numéri- ques sont reliées, par l'intermédiaire d'un second additionneur intégral 13, aux premières entrées d'un comparateur numérique 14. Les entrées de comparaison du comparateur numérique 14 sont reliées aux sorties de comptage d'un premier compteur 15, dont l'entrée de cadence C est reliée au capteur 102 et dont l'entrée de remise à zéro R est reliée au capteur 104. La sortie du comparateur numérique 14 commande un étage terminal d'allumage 16 - connu en soi - et constitué habituellement par un transistor disposé dans le circuit primaire d'une bobine d'allumage > au moins une bougie d'allumage est disposée dans le circuit seconde daire de cette bobine d'allumage. De tels étages terminaux d'allumage sont connus, par exemple aussi d'après l'état de la technique indiqué dans le préambule. Le capteur 102 est en outre relie, par l'interne médiaire d'un étage réducteur de fréquence 17, à l'entrée de cadence C d'un second compteur 18 dont les sorties de comptage sont raccordées, d'une part, aux entrées d'un troisième additionneur intégral 19 et, d'autre part, à l'entrée par porte CI (report) du compteur 18 par l'intermédiaire d'un dispositif logique de commande 20, 21. Ce dispositif logique de commande est constitué par un montage OU 20, dont la sortie est reliée à l'entrée par porte CI par l'intermédiaire d'une porte ET 21. Les entrées de comptage P (preset) sont sollicitées par la valeur numérique ZO > de préférence au moyen d'un système de câblage fixe. Une borne 22 reliée a' une source de tension positive peut être raccordée sélectivement, par l'intermédiaire d'un inverseur 23, à la seconde entrée de la porte ET 21 ou à l'entrée de commande S du compteur 18. L'inverseur 23 est com- mandé par un commutateur de fin de course 24 disposé sur la pédale d'accélérateur 25 du moteur à combustion interne, de façon telle que lorsqu'on relâche cette pédale 25, l'inverseur 23 prenne la position représentée sur la figure 4 et soit commuté dans d'autres positions de la pédale d'accélérateur.Bien entendu, l'inverseur 23 peut aussi, au lieu d'être commandé par la pédale d'accélérateur, être commandé par d'autres organes - tels que par exemple le papillon d'étranglement ou le signal électrique d'injection d'une installation d'injection de carburant - qui permettent d'avoir une information sur l'établissement du fonctionnement en frein moteur. La prise d'un diviseur de tension branché entre la borne 22 et la masse et formé par deux résistances 26, 27 est reliée à l'entrée de cadence C d'un troisième compteur 29 > par l'intermédiaire d'un convertisseur tension-fréquence 28 constitué de préférence par un oscillateur VCO (oscillateur commandé par tension). La résistance 27 est agencée sous forme de résistance fonction de la température. Au lieu de cette résistance 27 sensible à la température, on peut aussi prévoir un autre élément sensible-à la température, par exemple un élément thermoélectrique. Les sorties de comptage du compteur 29 sont reliées, en passant par une mémoire intermédiaire 30, aux entrées de l'additionneur intégral 19 ainsi qu'aux entrées numériques d'un quatrième additionneur intégral 31.Une horloge 32 est reliée à l'entrée de remise à zéro R du compteur 29 ainsi qu'a' l'entrée de commande S de la mémoire intermédiaire 30. Une telle horloge est constituée, par exemple, par un compteur numérique auquel on envoie une fréquence de cadence fixe. Ce compteur est branché en compteur annulaire et fournit un signal de sortie à chaque passage par zéro, ce signal donnant la fréquence horloge. Le capteur 102 est, en outre, relié à l'entrée de cadence C d'un quatrième compteur 33, dont les sorties de comptage sont reliées à d'autres entrées numériques du quatrième additionneur intégral 31 en passant par une mémoire intermé- diaire 34, ainsi que, par l'intermédiaire d'un dispositif déco- deur 35, à l'entrée par porte CI du compteur 33. Un tel dåspo- sitif décodeur 35 sert a' détecter un niveau de comptage déterminé et comporte au moins une porte logique$ dont les entrées sont inversantes ou non inversantes en fonction de la valeur numérique à décoder. Une seconde horloge 36 est reliée à 1 entrée de remise à zéro R du compteur 33, ainsi qu'à l'entrée de commande S de la mémoire intermédiaire 34. Les sorties des additionneurs intégraux 19, 31 sont reliées, chaque fois par l'intermédiaire d'une mémoire de constante (ROM) 37, 38, à d'autres entrées numériques des additionneurs intégraux 12, 13. Pour effectuer la correction de l'angle d'allumage lors du fonctionnement en frein moteur et lors du rétablissement de l'injection, les impulsions de vitesse de rotation provenant du capteur 102 sont réduites ou divisées dans l'étage réducteur de fréquence 17, de telle sorte que l'on ait essentiellement une impulsion par cycle de fonctionnement à la sortie de cet étage réducteur de fréquence 17. On pourrait bien entendu à cet effet aussi, en supprimant l'étage réducteur de fréquence 17, envoyer directement les signaux du capteur 104 à l'entrée de cadence d'un compteur 18 agencé sous forme de compteur descendant. Si le moteur à combustion interne fonctionne en frein moteur par suite du relâchement de la pédale d'accélérateur 25, l'inverseur 23 est commuté dans la position représentée sur la figure 4, ce qui fait que la valeur numérique fixe ZO est reprise dans le compteur 18.Pendant la durée de cette position de commustation, l'entrée par porte CI est bloquée par la porte ET 21, de telle sorte qu'aucun processus de comptage ne peut avoir lieu. Si l'injection de carburant est rétablie par actionnement de la pédale d'accélérateur 25, l'inverseur 23 est commuté dans sa seconde position, l'entrée par porte CI est libérée et la valeur numérique ZO est comptée avec la cadence de fréquence de sortie de l'étage réducteur de fréquence 17. Si l'on atteint la valeur zéro, l entrée par porte CI est bloquée par l'intermédiaire de la porte ET 21 sous l'action du signal 0 qui règne alors à la sortie du montage oe. La température caractéristique du moteur T est mesurée par la résistance 27 sensible à la température et la chute de tension dans cette résistanceS liée à la température du moteur, est convertie en une fréquence dans le convertisseur tension-fréquence 28, cette fréquence étant envoyée à l'entrée de cadence du compteur 29. Cette fréquence fonction de la température est constamment comptée dans le sens ascendant dans le compteur 29, celui-ci étant alors remis à zéro chaque fois par un signal de cadence de l'horloge 32. Le niveau de comptage final obtenu est repris dans la mémoire intermédiaire 30 peu avant la remise à zéro, une valeur numérique dépendant de la température étant ainsi constamment mise en mémoire.Le nombre correspondant à cette valeur numérique de température est décalé vers le haut de la valeur maximale ZO du compteur descendant 18, ou de la puissance de deux supérieure la plus voisine, et ajoutée alors dans l'additionneur intégral 19 à la valeur du compteur descendant 18. La somme obtenue constitue chaque fois une adresse destinée à la valeur de correction stockée dans la mémoire de constante (ROM) 37. Si la valeur zéro règne à la sortie du compteur descendant 18, une adresse destinée à la mémoire de constante 37 est alors formée par l'additionneur 19 avec des données correspondantes égales à zéro ; en d'autres termes, aucune correction n'est effectuée dans ce cas, indépendamment de la valeur numérique fonction de la température mise dans la mémoire intermédiaire 30.Dans l'additionneur intégral 12, la valeur de correction provenant de la mémoire de constante 37 est ajoutée à la valeur de base de l'angle d'allumage provenant de la calculatrice d'allumage 11. Pour effectuer la correction de l'angle d'allumage lors du démarrage à froid et lors du démarrage à chaud, les impulsions de vitesse de rotation du capteur 102 sont comptées dans le compteur 33 pendant un temps prédéterminé par l'horloge 36, le résultat de comptage étant repris dans la mémoire intermédiaire 34. Ce processus a lieu conformément au procédé déjà décrit pour déterminer une valeur numérique fonction de la température. Cependant, si l'on atteint un niveau de comptage prédéterminé par le dispositif décodeur 35, le compteur 33 est bloqué par le signal de sortie de ce dispositif décodeur 35 et par l'intermédiaire de l'entrée par porte CI ; et ce compteur 33 reste sur cette valeur numérique jusqu'à ce qu'une nouvelle impulsion de remise à zéro parvienne de l'horloge 36.Cette valeur décodée du dispositif décodeur 35 prédétermine donc une valeur de vitesse de rotation limite, qui différenciè la phase de démarrage de la phase de service. A la valeur numérique de vitesse de rotation ainsi mise constamment en mémoire dans la mémoire intermédiaire 34, on ajoute dans l'additionneur intégral 31 la valeur numérique de température décalée à son tour de la valeur maximale de vitesse de rotation ou de la puissance de 2 immédiatement supérieure. La somme constitue encoré l'adresse de la valeur de température stockée dans la mémoire de constante 38. Si dans la mémoire 34 est stockée la valeur maximale de vitesse de rotation, c'est-a'- dire la valeur de décodage du dispositif décodeur 35, il se forme ainsi pour la mémoire de constante 38 une adresse dont les données correspondantes sont nulles. En conséquence, pour les valeurs supérieures ou égales à la valeur de rotation maximale de la phase de démarrage, aucune correction nvest effectuée.La valeur de correction déterminée dans la mémoire de constante 38 est ajoutée à l'angle d'allumage de base dans l'additionneur intégral 13. La valeur numérique de sortie de l'additionneur intégral 13, formée par l'angle d'allumage de base et un angle de correction d'allumage, est comparée dans le comparateur 14 avec la valeur numérique de sortie du compteur 15 ; en d'autres termes, cette valeur numérique est comptée avec les impulsions de vitesse de rotation du capteur 102. Si le compteur 15 atteint la valeur numérique de sortie de l'additionneur intégral 13, un processus d'allumage est déclenché dans étage terminal d'allumage 16 par le signal de sortie du comparateur numérique 14. L'instant initial du temps de fermeture de l'interrupteur électrique du circuit primaire de la bobine d'allumage est également prédéterminé par une seconde valeur numérique initiale de la calculatrice d'allumage 11. Cette valeur peut aussi être corrigée de façon analogue pour maintenir le temps de fermeture constant. On envoie ainsi d'avance au comparateur 14 deux valeurs de comparaison l'une après l'autres le comptage de ces valeurs donnant le temps de fermeture. Pour économiser des additionneurs intégraux on peut aussi mettre en oeuvre des mémoires de constantes à adresses à plusieurs positions. La fonction du circuit représenté sur la figure 4 peut, de préférence, être obtenue au moyen d'un microcalculateur. Si cependant l'on doit réaliser le circuit avec des composants distincts, on peut utiliser alors les imposants indiqués ci-après, qui sont disponibles dans se connierce (par exemple chez la Société RCA) Mémoire de constante (ROM) 2308 (Intel) ou 2708 = EPROM Compteurs horloges 4029 Mémoire intermédiaire 4042 Comparateur MC 14 585 (Motorola) Etage décodeur CD 4556 Etage réducteur de fréquence 4040 VCO RM 4151 (Raytheor) Additionneurs SN 7483 (Intel! REVbNDICS*TIONb 1) Installation d'allumage pour moteurs à combustion interne, comportant une calculatrice d'allumage qui -est commandée par un dispositif capteur tournant et qui produit un signal de sortie déterminant le point d'allumage en fonction de la vitesse de rotation ainsi que, de préférence, d'autres paramètres relatifs au moteur à combustion interne, installation caractérisée en ce qutil est prévu un dispositif indicateur pour détecter une condition de fonctionnement du moteur à combustion interne dans laquelle il se présente un mélange pauvre d'air et de carburant dans la chambre de combustion (mélange superstoechiométrique comportant trop peu de carburant), ce dispositif indicateur pouvant déclencher un décalage du signal de sortie de la calculatrice dans le sens de l'avance à ltallumage. 2) Installation d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif indicateur est constitué par un dispositif détectant la coupure de l'amenée de carburant (23 à 25) (fonctionnement en frein du moteur a' combustion interne). 3) Installation d'allumage selon la revendication 2, caractérisée en ce que; lors du rétablissement de l'amenée de carburant, il se produit une variation lente du signal de sortie revenant à sa valeur initiale. 4) Installation d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le dispositif indicateur est constitué par un étage détecteur de vitesse de rotation (33 à 36) pour détecter le démarrage du moteur à combustion interne, cet étage permettant de décaler le signal de sortie de la calculatrice d'allumage vers l'avance à l'allumage au-dessous d'une vitesse de rotation limite caractérisant le cas du démarrage. 5) Installation d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que, pour décaler le signal de sortie se présentant sous forme de valeur numérique, de la calculatrice d'allumage (il), il est prévu au moins un étage additionneur (12, 13, 19, 31) dans lequel une valeur numérique de correction provoquant le décalage est ajoutée à ce signal de sortie. 6) Installation d'allumage selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif indicateur (23 à 25) détectant la coupure de l'amenée de carburant assure, dans une première position de commutation avec coupure de 1 f amenee de carburant, l'envoi en tant que grandeur de correction d'une valeur numérique fixe à au moins un étage additionneur (19) > cette valeur numérique fixe pouvant être décomptée en descendant jusqu'à la valeur zéro par un processus de comptage dans la seconde position de commutation du dispositif indicateur (23 à 25) lorsque l'amenée de carburant est rétablie. 7) Installation d'allumage selon l'une ou l'autre des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que l'étage détecteur de vitesse de rotation (33 à 36) est constitué par un compteur numérique (33) comptant les impulsions de vitesse de rotation du dispositif capteur (10), les processus de comptage périodiques de ce compteur se déroulant suivant une trame de temps, chaque premier niveau de comptage final étant mis en mémoire intermédiaire et pouvant être envoyé à au moins un étage additionneur (31), un étage limiteur (35) étant prévu pour chaque niveau de comptage final considéré. 8) Installation d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le décalage dans le sens de l'avance à l'allumage s'effectue en fonction de la température du moteur. 9) Installation dallumage selon la revendication 8, caractérisée en ce que les valeurs numériques de correc- tion peuvent être modifiées par addition de valeurs numériques fonction de la température. 10) Installation d'allumage selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'une des deux valeurs à additionner est décalée d'au moins la valeur maximale de l'autre. 11) Installation d'allumage selon-l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que, pour produire une valeur numérique fonction de la température, la tension régnant sur un élément sensible à la température (27) est convertie en une fréquence pouvant être envoyée à un compteur numérique (29), des processus de comptage périodiques se déroulant dans ce compteur numérique (29) suivant une trame de temps. 12) Installation d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que, pour faire varier les valeurs numériques de correction suivant une fonction prédéterminée, des mémoires de constantes (ROM) (37, 38) sont intercalées dans les conducteurs de données. 13) Installation d'allumage selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que les opérations de calcul et de comptage se déroulent dans une microcalculatrice.