Brevet FR2493412A1 — publié le 19820507

- 1 - 2493412 Dispositif de commande de bobine d'allumage à régulation de temps de conduction optimal pour moteur à explosion La présente invention est relative à un dispositif de commande de bobine d'allumage à régulation de temps de conduction optimal pour moteur à explosion. L'étincelle qui provoque l'allumage du mélange explosif comprimé à l'intérieur d'un cylindre d'un moteur à explosion est produite par la rupture du courant électrique circulant au primaire d'une bobine et engendrant, de ce fait, une surtension au secondaire branché aux bougies. Le circuit électrique primaire de la bobine doit donc rester fermé pendant un temps suffisant, supérieur ou au moins égal au temps de remplissage du courant nécessaire à l'obtention de l'énergie nominale dans ladite bobine. Sur les allumages dits transistorisés, o le classique rupteur mécanique est remplacé par un capteur de position qui commande un transistor de puissance, le temps d'ouverture du circuit primaire est constant et égal au temps minimal nécessaire à la production de l'étincelle. Cette solution, de même que la solution mécanique offre un inconvénient majeur re!ativement à la consommation de courant aux faibles vitesses, comparé au courant strictement nécessaire au remplissage en énergie suffisant à la bobine. Une autre solution consiste à commander la bobine durant un temps de conduction constant quelle que soit la vitesse de rotation du moteur. Si ce temps est strictement égal au temps de remplissage nécessaire à la bobine, on est conduit à la consommation minimale de courant par le circuit d'allumage. Une solution de ce genre, appliquée à un allumage "tout électronique" o l'organe de puissance à transistor est commandé par un calculateur qui détermine à tout moment l'angle d'avance à l'allumage, a fait l'objet de la demande de brevet français n0 76/21 591 déposée le 15 juillet 1976 au nom de la Régie nationale des usines RENAULT pour "dispositif de commande de bobine d'allumage pour moteur à explosion à temps de conduction constant". Cette solution adaptée à tout type de calculateur électronique d'avance à l'allumage 49398 1 - 2 - 2493412 présente l'avantage de l'ajustement paramétré du temps de conduction constant grâce à l'utilisation d'un réseau logique programmable (PLA). Mais le problème qui est résolu par cette demande de brevet se pose en termes d'un nombre de paramètres réduits pour parvenir à la solu- tion la moins coûteuse et relativement à l'immunité du dispositif vis-à- vis des contraintes d'accélération que doit pouvoir tolérer la solution. La présente invention lève ces restrictions et conduit à une solution de portée générale. Suivant la présente invention qui concerne un dispositif de commande de bobine d'allumage à régulation de temps de conduction optimal pour moteur à explosion associé à l'étage de sortie d'un calculateur d'avance à l'allumage ayant une fonction de transfert de la forme: 'S;Pfr dans laquelle: - est une quantité faible et connue t- ç est le temps de conduction de la bobine, I- t est un nombre de fractions angulaires ou périodes du signal d'interpolation et, -T-SD est la période correspondant à une dent sur la couronne du démarreur, ce dispositif est remarquable en ce qu'il procède: 25. à la mesure du temps strictement nécessaire à l'obtention de l'énergie nominale durant la génération de l'allumage, et au calcul permanent, à chaque fraction du signal de repérage angulaire, au vu du résultat de la mesure du temps, du nombre N de périodes du signal d'interpolation conduisant à obtenir à tout moment l'énergie nominale aux bornes de la bobine. Suivant une première caractéristique de réalisation, la liaison avec le calculateur d'avance à l'allumage ne nécessite qu'une connexion de 49398 X 1676 - 3 - 2493412 lecture du temps strictement nécessaire pour obtenir l'énergie nomi- nale en entrée du dispositif et une connexion fournissant le nombre N de fractions angulaires au calculateur en sortie du dispositif. Suivant une seconde caractéristique de réalisation, les moyens de mesure du temps strictement nécessaire comportent essentiellement un compteur incrémenté par une horloge H2 de telle sorte que le nombre nA en sortie dudit compteur soit proportionnel à la durée effective de montée du courant dans la bobine. Le chronogramme de la figure 1 explicite cette caractéristique en donnant ligne 2 le courant traversant la bobine, et ligne 3, l'évolution du contenu du compteur de mesure du temps strictement néces- saire TC. Suivant une troisième caractéristique de réalisation, les moyens de calcul permanent se décomposent en - des moyens de génération permanents d'une fenêtre de mesure angu- laire de durée proportionnelle à la mesure du temps TC, générée à chaque fraction du signal d'interpolation, grâce à l'incrémentation d'un compteur dont le contenu est en permanence comparé au contenu du compteur de temps (ligne 3, figure 1), - des moyens de comptage et de mémorisation durant cette fenêtre d'un signal de résolution angulaire n fois plus élevé que le signal d'interpolation, afin d'obtenir, à chaque fraction du signal d'inter- polation, le nombre exact N de dents à appliquer à l'étage de sortie pour obtenir à tout moment le temps strictement nécessaire TC. La ligne 4 donne la durée de la fenêtre reconstituée à chaque période du signal d'interpolation de la ligne 1. La ligne 5 donne l'évolution du nombre N obtenu par comptage du signal de résolution n fois plus élevé que le signal de la ligne 1 durant la fenêtre de la ligne 4. - 4 - 2493412 D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui suit et qui n'est donnée qu'à titre d'exemple. A cet effet, on se reportera aux dessins joints dans lesquels: - les figures 1 et 2 représentent un ensemble de signaux permettant de situer le problème résolu par la présente invention, - la figure 3 est un schéma équivalent à l'étage de sortie d'un calcu- lateur numérique d'avance à l'allumage qu'il convient d'utiliser en association avec le dispositif de commande selon la présente inven- tion, - la figure 4 représente schématiquement un exemple de réalisation d'un dispositif de commande conforme à la présente invention, - les figure 5 et 6 représentent divers chronogrammes de signaux présents dans le circuit de l'invention et facilitant la compréhension du fonctionnement de ce dernier. A la figure 2, on a représenté successivement - à la ligne 11, un signal désigné par la suite TSD et qui est le signal dent issu de la couronne du démarreur et fourni par l'inter- médiaire d'un capteur de proximité, - à la ligne 12, deux points morts hauts (PMH) successifs, - à la ligne 13, la forme du courant au travers du circuit primaire de la bobine d'allumage, - à la ligne 14, l'instant de déclenchement de l'étincelle d'allumage, - à la ligne 15, un signal de régulation correspondant au temps de régulation "treg" à la ligne 13 et, 49398 1 1676 -5- 24934 1 2 - à la ligne 16, le signal d'allumage en sortie du calculateur sur son conducteur 110 à la figure 2. Le signal illustré à la ligne 1 de la figure 1 est le même que celui illustré à la ligne 11 de la figure 2. Les échelles sont différentes. Le dispositif objet de l'invention est prévu pour minimiser dans la génération du siglnal d'alimentation du circuit primaire de la bobine d'allumage, ligne 13, figure 2, le temps "treg" dit de régulation du courant primaire de la bobine. Dans celui-ci, a2 représente le temps de conduction effectivement généré à chaque demi-tour T0 du moteur et se décomposant comme suit: - tc: temps de conduction strictement nécessaire à l'obtention du courant nominal au travers de la bobine, - treg: temps de régulation durant lequel on maintient le courant nominal au travers de la bobine jusqu'à l'apparition de l'instant d'allumage représenté à la ligne 14 et durant lequel le dispositif de commande de puissance doit dissiper une énergie non négligeable afin d'assurer cette régulation. C'est la mesure du temps strictement nécessaire durant un demi-tourT qui, par l'intermédiaire du dispositif de commande suivant la présente invention, doit permettre au demi-tour suivant d'appliquer sur les entrées 107 d'un additionneur 101 de l'étage de sortie du calculateur illustré à la figure 3, la valeur optimale N: nombre de fractions angulaires ou périodes du signal d'interpolation, conduisant à engendrer un temps total C2 voisin de tc et inférieur à To. Il est admis que tc, conditionné par la valeur de la tension batterie, la valeur propre de la self-inductance de la bobine d'allumage et la résistance apparente du circuit de charge, reste constant d'un demi-tour au suivant. 49398 I - 6 - 2493412 La seule grandeur fondamentale en entrée du dispositif selon l'inven- tion est donc le temps tc qui permet de recalculer en permanence le nombre de fractions angulaires N à fournir à l'étage de sortie du calculateur afin de reconstituer le temps tc au mieux, quelle que soit la vitesse instantanée de rotation du moteur. La figure 3 est un schéma équivalent de l'étage de sortie d'un calcu- lateur numérique d'avance à l'allumage utilisable en association avec le dispositif de commande suivant la présente invention. Suivant la représentation de la figure 3, l'étage de sortie du calcu- lateur comprend un compteur-accumulateur 100 relié par des entrées 104 aux sorties d'une mémoire qui n'a pas été représentée pour en recevoir une valeur numérique angulaire No représentative de l'avance, à engendrer. Le compteur-accumulateur 100 possède, en outre, une entrée de chargement 106 reliée à un séquenceur non représenté et une entrée de comptage 105 par laquelle il reçoit le signalîTS D illustré à la ligne 1 de la figure 1. La moitié des sorties de plus haut poids 108 du compteur-accumulateur 100 est reliée en entrées sur l'additionneur 101 déjà rencontré et la totalité des sorties 108 du compteur-accumulateur 100 est connectée, par ailleurs, en entrées sur une porte logique 102 à fonction ET dont la sortie 111 est connectée à l'entrée de retour à zéro d'une bascule 103 dont l'entrée d'activation est reliée au conducteur 109 de sortie de l'addi- tionneur-comparateur 101 qui est de capacité limitée et qui, quand il y a débordement, émet une impulsion sur son conducteur 109 pour actionner la bascule 103. La bascule 103 fournit directement sur son conducteur de sortie 110 le signal de commande de la bobine tel qu'il est illustré à la ligne 16 de la figure 2. Le résultat de l'addition effectuée en 101 entre le nombre N et le contenu du compteur angu- laire 100 provoque l'instant de mise en conduction. tTSD avant l'ins- tant d'allumage. Le nombre N se trouve donc être directement égal au nombre de fractions angulaires ou périodes du signal d'interpolation illustré à la ligne Il de la figure 2 qui sépare l'instant de mise en conduction de l'instant d'allumage. 49398 I 1676 - 7 - 2493412 La figure 3 est l'équivalent de l'étage de sortie du calculateur d'avance à l'allumage tel qu'il a été décrit dans la demande de brevet français nO 75/30 902 déposée le 9 octobre 1975 par la Régie nationale des usines RENAULT pour "procédé et dispositif de commande électro- nique d'allumage pour un moteur à combustion interne". D'une façon plus générale, on peut dire que l'étage de sortie de tout calculateur d'avance à l'allumage ayant une fonction de -transfert de la forme tJ= JTS D it- S dans laquelle 6 est une quantité faible et connue, toutes les autres quantités ayant été précédemment définies, est satisfaisant pour être associé au dispositif de commande suivant la présente invention qui va être décrit maintenant en liaison avec la figure 4. Suivant la représentation de la figure 4 de l'étage de sortie 2 du calculateur tel que représenté et décrit en liaison avec la figure 3 partent deux conducteurs 37 et 38 en direction d'un bloc logique 36. Le conducteur 37 transmet les signaux d'allumage successifs tels que représentés à la figure 2, ligne 16 et à la figure 5, ligne 2. Le conducteur 38 transmet les signaux de régulation tels que représentés à la figure 2, ligne 15 et à la figure 5, ligne 13. La ligne 11 figure 5 représente deux successifs. Le bloc logique 36 est connecté par une première sortie 39 à une entrée d'une porte logique 32 à fonctionET pour lui transmettre un signal illustré ligne 14, figure 5 et qui est représentatif du temps de conduction tc strictement nécessaire à la bobine. La seconde entrée 34 de la porte logique 32 est attaquée par une horloge Ji, de période THJ, répondant à l'illustration de la ligne 15, figure 5. Les impulsions présentes sur la sortie 33 de la porte logique 32 à fonction ET et qui sont représentées à la ligne 17 de la figure 5 pénètrent à l'intérieur d'un compteur 1 par son entrée horloge reliée au conducteur 33. Le bloc logique 36 est relié par une seconde sortie 41 à l'entrée de remise à zéro du compteur 1 qui reçoit une impulsion telle que représentée à la ligne 16 de la figure 5 préala- blement à la réception des impulsions en provenance de la porte - 8 - 2493412 logique 32 à fonction Eh. A la fin du temps de conduction tc (14, fig. 5), le compteur 1 présente sur ses sorties 5 un nombre)a.défini comme suit: JiJA= t Un comparateur 6 est attaqué, d'une part, par les sorties 5 du premier compteur 1, d'autre part, par les sorties 12 d'un second compteur 9 dont l'entrée horloge 10 est connectée à la sortie d'une porte logique 13 à fonction ET. Cette porte logique 13 est attaquée sur son entrée 15 par un signal de début de comptage synchrone du signal d'interpolation tel que représenté à la ligne 1 de la figure 6 et sur sa seconde entrée 4 par une horloge Ji, de périodeTU Ce sont les impulsions présentes sur la sortie 10 de la porte logique 13 qui incrémentent le compteur 9 par son entrée horloge lui-même ayant été remis à zéro par son entrée 11 grâce à une impulsion synchrone du signal d'interpolation et précédant l'arrivée de la première impulsion présente sur l'entrée 15. L'entrée horloge 19 d'une bascule 17 de type D reçoit le signal de début de comptage en même temps que l'entrée 15 de la porte logique 13 et fait ainsi passer sa sortie Q20 à l'état haut comme représenté à la ligne 2 de la figure 6. Lorsque le contenu du compteur 9 atteint une valeur:JYN =ZJI, au bout d'un temps, to la sortie 7 du comparateur 6 est activée et met à zéro la bascule 17. Le signal résultant illustré à la ligne 12 de la figure 6 de durée to =NS. f est appliqué sur l'entrée 20 d'une porte logique 21 à fonctionET. La seconde entrée 22 de la porte logique 21 est activée par des impul- sions de périodeT3D/n illustrées à la ligne 13, figure 6. Fréquence multiple n du signal d'interpolationTSI), ce signal peut être engendré conformément à l'enseignement de la demande de brevet français n0 79/00 386 déposée le 9 janvier 1979 au nom de la Régie nationale des usines RENAULT pour "procédé et appareil de repérage de la position angulaire d'une pièce animée d'un mouvement de rotation". Les impulsions sortant de la porte logique 21 à fonction Et dont le nombre est égal à4J| t pénètrent par son entrée horloge 24 à TS% thé 49398 1 1676 -2493412 l'intérieur d'un compteur 25 préalablement remis à zéro par son entrée 26 par le même signal que celui appliqué au compteur 9 par son entrée 11. Le résultat du comptage N apparaît sur les sorties 28 du compteur 25 et est chargé dans une mémoire 29 qui est activée sur son entrée de chargement 30 par un signal synchrone du signal d'interpolation précédant l'impulsion de remise à zéro des compteurs 9 et 25. C'est ce même nombre N présent sur les sorties 31 de la mémoire 29 qui est appliqué aux entrées 107 de l'étage de sortie du calculateur électronique 2 tel qu'il a été explicité à l'aide de la figure 3. La ligne 14 à la figure 6 illustre le nombre d'impulsions de périodeTSD/n passées au travers de la fenêtre de mesure illustrée à la ligne 12 de la figure 6 ainsi qu'à la ligne 14 de la figure 5. Le temps de conduction engendré est donc égal à: - tc engendré =ATSD or: j Or __ __= - tsar Dv JEîE a N = A ieP r - tc engendré =! t N Le technicien peut donner au rapport t T route valeur qu'il juge utile et notamment la valeur un qui conuit à l'obtention perma- nente de l'équation: tc engendré = tc mesuré 49398 I - 9 - - 10 - Le dispositif décrit autorise l'implantation de deux nombres de pré- chargement ou offsets dans les compteurs 1 et 25 de la figure 4 qui s'explicitent comme suit: - Préchargement d'une valeur n, dans le compteur 1 par son entrée 41. - Préchargement d'une valeur nd dans le compteur 25 par son entrée 26. On obtient en sortie: C ( C t s Le (T On remarque que si l'entrée 41 du compteur 1 et l'entrée 26 du compteur 25 correspondent à leurs entrées de remise à zéro, la fonction de sortie est décrite par l'équation (1) ci-dessus. Le dispositif de commande objet de la présente invention permet, durant la phase d'initialisation de démarrage du véhicule, de programmer, pour le premier allumage qui est engendré, un temps de conduction constant et égal au temps de conduction maximal rencontré dans les conditions extrêmes de fonctionnement. Le signal d'initialisation émis par le calculateur 2 de la figure 4 parvient, par un conducteur 43, à une première entrée d'une porte logique 42 à fonction O S qui active par sa sortie 45 l'entrée de char- gement du compteur 1. C tc. rn? phase d'initialisation à engendrer en sortie du calculateur 2. tc engendré =( c D,'rH t 71 Il est possible d'intégrer au sein du dispositif suivant l'invention une fonction de sécurité; au cas o l'information relative au palier de 49398 1 1676 - il - régulation représentée à la ligne 15 de la figure 2 viendrait à manquer. L'entrée 38 du bloc logique 36 n'ayant pas détecté la présence de ce dernier signal, ledit bloc logique 36 engendre sur une troisième sortie 44 une impulsion de chargement qui est transmise au compteur 1 par l'intermédiaire de la même porte logique 42 à fonction Of précédemment rencontrée. Si l'on pose t - D; O au moment o l'on perd l'information de régulation tur le conducteur 38, on peut écrire à la sortie du calculateur 2 - tc engendré- (t+'T,)i f 49398! - 12 - 2493412 REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de bobine d'allumage à régulation de temps de conduction optimal pour moteur à explosion associé à l'étage de sortie d'un calculateur d'avance à l'allumage ayant une fonction de transfert de la forme: tf 'iS D +E dans laquelle: - g est une quantité faible et connue, - tc est le temps de conduction de la bobine - N est un nombre de fractions angulaires ou périodes du signal d'interpolation et, - TSD est la période correspondant à une dent sur la couronne du démarreur, caractérisé en ce que l'on procède à la mesure du temps strictement nécessaire à l'obtention de l'énergie nominale à l'aide de moyens de mesure (1, 32, 36), au calcul permanent à chaque fraction du signal de repérage angulaire au vu du résultat de la mesure du temps, du nombre N de périodes du signal d'interpolation conduisant à obtenir à tout moment l'énergie nominale aux bornes de la bobine, grâce à des moyens de génération (6, 9 13, 17) et de comptage et de mémori- sation (21, 25, 29). 2. Dispositif de commande de bobine d'allumage suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la liaison avec le calculateur d'avance à l'allumage (2) ne nécessite qu'une connexion (37) de lecture du temps strictement nécessaire pour obtenir l'énergie nominale en entrée du dispositif et une connexion (31) fournissant le nombre N de fractions angulaires au calculateur en sortie du dispositif. 49398 I 1676 - 13 - 3. Dispositif de commande de bobine d'allumage suivant la revendi- cation 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de mesure du temps strictement nécessaire comportent un bloc logique (36) connecté par deux de ses entrées (37, 38) à deux sorties de l'étage de sortie (2) dudit calculateur pour en recevoir respectivement le signal de commande de la bobine (37) et un signal actif (38) lors de l'atteinte de l'énergie. nominale et connecté par une première sortie (39) à une porte logique à fonction E (32) pour délivrer un signal d'autorisation de comptage de durée égale au temps d'atteinte du courant nominal, par une seconde sortie (41) à un premier compteur (1) pour lui fournir une impulsion de chargement précédant l'autorisation de comptage et par une troisième sortie (44) à une première entrée d'une porte logique (42) à fonction OU pour fournir une impulsion de char- gemant dudit compteur (1) en l'absence du signal d'atteinte de la régulation bobine. 4. Dispositif de commande de bobine d'allumage suivant la revendi- cation.3, caractérisé en ce que ladite porte logique (32) à fonctionE' est connectée par une seconde entrée (34) à une horloge HZ de période TH?, et reliée par sa sortie: (33) à Pentrée horloge (2) dudit premier compteur e1) pour êmettre ion nombre d'impulsions égal à: W à- TH 5. Dispositif de comnande de bobine d'allumage suivant la revendi- cation 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite porte logique (42) à fonction Oî est, en outre, connectée par une seconde entrée (43) à une sortie dudit calculateur (2) pour en recevoir un signal d'initiali- sation lors de la phase correspondante. 6. Dispositif de cormmande de bobine d'allumage suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'à la fin de la génération du signal d'allumage, le nombre"A présent sur les sorties (5) du compteur (1) est égal à ( F)( t) ( i 4939g ' avec nt: nombre chargé dans ledit compteur (1) à partir de ladite seconde sortie (41) du bloc logique (36). - n max: nombre chargé dans ledit compteur (1) à partir de ladite porte logique (42) à fonction CSl. - ii = 1 si le calculateur est en phase d'initialisation - i = 1 si ledit bloc logique (36) a décelé l'absence de signal de r gulation sur son entrée appropriée (38). 7. Dispositif de commande de bobine d'allumage suivant la revendica- tion 1 caractérisé en ce que les moyens de génération permanente comprennent une bascule de type D (17) dont l'entrée horloge (19) reçoit un signal synchrone avec chaque front montant du signal de repérage. angulaire qui fait passer sa sortie (20) à l'état haut. 8. Dispositif de commande de bobine d'allumage suivant la revendica- tion 7, caractérisé en ce que les moyens de génération permanente comprennent, en outre, un second compteur (9) incrémenté par une seconde horioge] de période li.sur son entrée horloge (10) par , R l'intermédiaire d'une seconde porte logique (13) à fonction E qui est remnis à zéro sur son entrée correspondante (11) et qui délivre sur ses sorties (12) un nombregB. 9. Dispositif de commande de bobine d'allumage suivant les revendica- tions 3 et 8, caractérisé par un comparateur logique (6) connecté, d'une part, aux sorties (5) dudit premier compteur (1) et, d'autre part, aux sorties (12) dudit second compteur (9> et dont la sortie (7) est connectée à l'entrée de remise à zéro (18) de ladite bascule de type D (17) pour l'activer au bout d'un temps to tel quef.. --W et terminer la fenêtre de mesure angulaire dont la durée finale s'explicite ainsi: -A=-, -TH Fi+)ST f tô-Twj d û 4(- i) (ô S 49398 11676 - 14 - - 15 - 2493412 10. Dispositif de commande de bobine d'allumage suivant la revendica- tion 1, du type dans lequel les moyens de comptage et de mémorisa- tion comportent une troisième porte ET (21) connectée par une de ses entrées à la sortie de ladite bascule (17), un troisième compteur (25) et une mémoire (29) dont la sortie (31) est connectée à l'étage de sortie (21) dudit calculateur pour lui fournir le nombre N optimal, caractérisé. en ce que ladite porte ET (21) est activée sur sa seconde un ignl e prioe SD entrée (22) par un signal de période _ et en ce que ledit troisième compteur (25) est préchargé à une valeur nd si bien que le nombre N optimal est égal à 4+J TSD TH a.Vl t 11. Dispositif de commande de bobine d'allumage suivant l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les entrées horloge (33, 10 et 24) autorisant le comptage des fréquences TH1, TH2 et n,TSD déterminent les valeurs du rapport Tfl THt 12. Dispositif de commande de bobine d'allumage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les entrées de chargement (41, 45 et 26) déterminent la valeur des nombres nt, n max. et nd, qui peuvent être compris entre zéro et la capacité maximale des compteurs utilisés (1, 26). 493!