Brevet FR2529261A1 — publié le 19831230

La présente invention concerne un dispositif de contrôle de l'allumage pour un moteur à combustion interne. Le dispositif en question est du type à microcalculateur, comprenant un microprocesseur (CPU) programmé> une mémoire et d'écriture de seule lecture (ROM), une mémoire de lecture/(RAM), une unité d'entrée/sortie, reliées entre elles et au microproces- seur par des lignes d'interconnexion parallèles (bus) pour les données, pour les adresses et pour les signaux de com- mande, ladite unité d'entrée et sortie étant également reliée à des moyens de mesure de certains paramètres pré- fixés de fonctionnement du moteur et aux moyens d'actionnement de l'allumage. Afin de réduire les consommations de combustible et de limiter l'émission de substances polluantes dans les gaz d'échappement, on tend actuellement à alimenter les moteurs à combustion interne avec des mélanges de plus en plus pauvres qui nécessitent l'emploi de dispositifs très précis et très fiables pour le réglage du dosage du combustible et pour le contrôle de l'allumage du mélange, de manière à ne pas pénaliser le rendement du moteur et obtenir les meil- leures performances dans toute sa plage de fonctionnement. Les dispositifs de contrôle qui actuellement satisfont le mieux ces exigences sont ceux qui font appel à des microprocesseurs programmés, lesquels ont également l'avantage d'une grande souplesse d'emploi Grâce à ces dispositifs, il est possible de contrôler à travers le microprocesseur aussi bien la valeur (valeurs numériques) que les temps (calage des commandes) des grandeurs réglées, sans compter que leur éventuelle variation peut être facile- ment réalisée en modifiant la programmation du microproces- seur. Toutefois, au cours de recherches il a été constaté que les dispositifs de contrôle à microprocesseur pouvaient être mieux utilisés en ne faisant effectuer par le micropro- cesseur que quelques fonctions de calage et en en faisant effectuer d'autres par des composants prévus à cet effet dans l'unité d'entré/sortie Grâce à cette solution, le microprocesseur est principalement affecté à des opérations de calcul et seulement en partie à des opérations de commande, de manière à être en mesure de réactualiser plus fréquemment les données calculées et de gérer un nombre de plus en plus grand de fonctions du moteur. On a par conséquent réalisé un dispositif de contrôle de l'allumage dans lequel le microprocesseur effec- tue le calcul de la durée d'interruption, ou de non conduc- tion, de la bobine d'allumage à l'aide d'un temporisateur prévu à cet effet et commande ensuite, sur la base de la valeur calculée, l'activation de cette même bobine qui commence ainsi son cycle de charge Ledit microprocesseur effectue également, à l'aide de tableaux de données, le calcul de l'avance à l'allumage en fonction de certains paramètres préfixés de fonctionnement du moteur et, d'après ce calcul, obtient le temps correspondant à la fin de charge de la bobine par rapport à un évènement de référence (désigné ci-après comme temps de retard), ledit temps de retard ainsi calculé étant compté par un autre temporisateur qui, à la fin du comptage, commande la désactivation de la bobine d'allumage, qui interrompt ainsi son cycle de charge en faisant jaillir l'étincelle sur les bougies. Selon l'invention, on a réalisé un dispositif de contrôle de l'allumage à microcalculateur, doté d'une unité d'entrée/sortie reliée à des moyens de mesure de certains paramètres préfixés de fonctionnement du moteur, à des premiers moyens générateurs d'impulsions aptes à délivrer un signal impulsif pour chaque allumage que l'on doit réali- ser dans le moteur, à des seconds moyens générateurs d'im- pulsions aptes à délivrer un signal impulsif pour chaque cycle du moteur, ainsi qu'à des moyens d'actionnement de la bobine d'allumage, ladite unité d'entrée/sortie étant caractérisée par le fait qu'elle comprend: des premiers moyens de temporisation reliés pre- mièrement au microprocesseur pour recevoir la grandeur cal- culée constituée par le temps de retard à compter et pour envoyer un premier signal d'interruption à la fin dudit comptage, deuxièmement auxdits premiers moyens générateurs d'impulsions pour être commandés à démarrer le comptage dudit temps de retard par un signal impulsif, et troisième- ment auxdits moyens d'actionnement pour délivrer un signal de sortie destiné à commander la désactivation de la bobine d'allumage à la fin du comptage dudit temps de retard; des seconds moyens de temporisation reliés au microprocesseur pour recevoir la grandeur calculée constituée par le temps d'arrêt à compter, pour être commandés à com- mencer le comptage dès la réception dudit premier signal d'interruption et pour envoyer un second signal d'interrup- tion à la fin dudit comptage des moyens d'interface reliés au microprocesseur pour recevoir ledit second signal d'interruption, ainsi qu'auxdits moyens d'actionnement pour envoyer un signal commandant l'activation de la bobine d'allumage à la récep- tion dudit second signal d'interruption; des moyens comparateurs reliés à la bobine d'al- lumage et auxdits seconds moyens de temporisation pour les commander à démarrer le comptage du temps de permanence de la bobine à la valeur de charge maximum à partir du dépas- sement d'une valeur préfixée de l'énergie de charge, lesdits moyens de temporisation étant commandés par le microproces- seur à terminer le comptage dudit temps de permanence de la bobine à la valeur de charge maximum, à la réception dudit premier signal d'interruption. Grâce à cette solution, il a été possible de con- trôler le temps de permanence de la bobine dans la condition de charge maximum, en réglant ce temps à la valeur stricte- ment nécessaire pour atteindre le maximum d'énergie accumu- lable, tout en évitant que ladite bobine reste excitée dans la condition de charge maximum pour une durée supérieure à l'indispensable. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. La figure 1 est un schéma synoptique illustrant un dispositif de contrôle de l'allumage à microcalculateur. La figure 2 est un schéma synoptique illustrant une unité d'entrée/sortie selon l'invention. Conformément à la figure 1, la référence 10 désigne dans son ensemble un microcalculateur constitué par un microprocesseur (CPU) 11, une mémoire de travail de lecture et d'écriture (RAM) 12, une mémoire permanente de seule lecture (ROM) 13, contenant les tableaux des données et les programmes opératoires du microprocesseur, et par une unité d'entrée/sortie 114. Le microprocesseur, la mémoire et l'unité d'entrée/ sortie sont reliés entre eux par une ligne d'interconnexion parallèle (bus) 15 pour les données, par une ligne d'inter- connexion parallèle 16 pour les adresses et par une ligne d'interconnexion parallèle 17 pour les signaux de contrôle interne. La référence 18 désigne une ligne de raccordement entre l'unité d'entrée/sortie 14 et le microprocesseur Il permettant l'acheminement des signaux dtinterruption, les- quels signaux permettent d'interrompre les programmes de calcul en cours dans le microprocesseur dès que se produi- sent certains évènements prédéterminés. La référence 19 désigne un générateur d'impulsions d'horloge capable de délivrer au microprocesseur 11, à travers la ligne 20, un train d'impulsions à une fréquence déterminée. Les repères 21, 22, 23, 24 désignent les lignes qui relient les unités 14, 11, 12, 13 à une alimentation de courant à tension stabilisée, représentée par le bloc 25. L'unité d'entrée/sortie 14 est destinée à recevoir à travers la ligne 26, un signal émis par un capteur de la position angulaire du papillon des gaz dans l'alimentation du moteur; à travers la ligne 27, un signal émis par un capteur de la température de l'eau de refroidissement du moteur; à travers la ligne 28, un signal émis par un capteur de la température de l'air d'alimentation du moteur; et enfin, à travers la ligne 29, un signal émis par un capteur des détonations du moteur. Ces signaux parviennent à un multiplexeur, désigné par 30, qui se charge de les convoyer, suivant les demandes du microprocesseur et à travers la ligne interne 30 a, vers un circuit de conversion analogique/digital 31. Ladite unité d'entrée/sortie 14 est destinée d'autre part à recevoir, à travers la ligne 32, un signal impulsif engendré par un capteur magnétique 33 lors du passage des encoches 34 et 35 d'une roue 36 reliée au vile- brequin du moteur. Dans le cas présent, lé dispositif de contrôle de l'allumage selon l'invention est prévu pour un moteur à quatre cylindres et à quatre temps, dans lequel il est nécessaire de commander deux allumages à chaque tour du vilebrequin Par conséquent, la roue 36, qui pourra être constituée par le volant du moteur, est dotée de deux en- 1 o coches 34 disposées à 1800 et convenablement calées par rapport au P M H des cylindres En passant devant le cap- teur 33 ces deux encoches génèrent à chaque tour du moteur deux impulsions de référence Chacune de ces impulsions com- mande le comptage du temps de retard, correspondant à l'avance à l'allumage calculée par le microprocesseur, comme cela sera décrit par la suite, pour le cylindre du moteur qui se trouve dans la phase de compression, suivant l'ordre d'explosion. Les encoches auxiliaires 35, qui sont elles aussi disposées à 1800 sur la roue 36 et convenablement calées par rapport au P M H, engendrent deux impulsions de réfé- rence pour le comptage du temps de retard pendant la phase de mise en marche du moteur, comme cela sera expliqué plus en détail par la suite. L'unité 14 reqoit d'autre part, à travers la ligne 37, un signal impulsif émis par un capteur magnétique 38 lors du passage de l'encoche 39 d'une roue 40 reliée à un arbre dont la vitesse de rotation est égale à la moitié de celle du moteur. Ladite encoche 39 est elle aussi convenablement calée par rapport au P M H des cylindres et le signal impul- sif qu'elle engendre tous les deux tours du moteur sert pour le comptage des cycles du moteur, ce dernier étant un moteur à quatre temps. Les signaux impulsifs convoyés par les lignes 32 et 37 entrent dans un circuit d'adaptation 41 dans lequel ils sont écrgtés et envoyés, à travers la ligne intérieure 41 a, vers un circuit de commande en sortie, désigné par 42, qui commande l'activation de l'allumage avec l'avance calculée au fur et à mesure par le microprocesseur. Ce circuit de commande 42, représenté en détail sur la figure 2, est relié à travers les lignes 43 et 44 à l'étage de sortie 45 du système d'allumage du moteur Cet étage de sortie comprend un transistor de puissance relié à l'alimentation d'énergie électrique, à savoir la bobine d'allumage, à laquelle est également relié le transistor, ainsi qu'un distributeur de haute tension aux bougies, désignées sur la figure 1 par les références 46, 47, 48 et 49. La figure 2 montre en détail le circuit de commande de sortie 42, réalisé selon l'invention. La référence 50 désigne un temporisateur décrémen- tal relié, à travers les lignes internes 51 et 52, à la ligne 15 d'interconnexion parallèle pour les données et, à travers la ligne 53, à la bascule bistable 54 La référence désigne d'autre part un circuit d'interface relié, à travers la ligne interne 56, à la ligne 15 et, à travers la ligne interne 57, à la bascule 54 qui, à son tour, est reliée à travers la ligne 43 à l'étage de sortie 45. Le circuit d'interface 55 sert à envoyer à la bas- cule 54 le signal émis par le microprocesseur. La référence 58 désigne un second temporisateur décrémentai relié, à travers les lignes internes 59 et 60, aux lignes 15 et, à travers la ligne interne 61, à un compa- rateur à niveau de seuil de courant, désigné par 62, qui est à-son tour relié, à travers la ligne 44, à un diviseur de tension en série avec l'enroulement primaire de la bobine d'allumage. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. Le microprocesseur Il exécute les programmes de calcul et se sert des tableaux de données contenus dans la mémoire permanente 13 pour élaborer les signaux indiquant les conditions de fonctionnement du moteur et qui entrent dans le multiplexeur 30 pour élaborer les signaux impulsifs provenant du capteur magnétique 33 en obtenant ainsi la vitesse de rotation du moteur (par exemple selon le procédé décrit dans le brevet français n' 79/20283 du 8 Août 1979) et pour calculer sur la base de ces mêmes signaux l'angle d'avance à l'allumage ta le plus approprié par rapport au P.M H. En poursuivant son programme de calcul, le micro- processeur transforme l'angle d'avance t ainsi calculé en temps de retard t par rapport à une référence donnée, qui r dans le cas présent est constituée par l'impulsion engrendrée par l'encoche 34, qui précède le P M H. Pour pouvoir effectuer cette transformation, le microprocesseur soustrait l'angle'd'avance calculé fa d'une constante K, qui dans le cas présent, est constituée par l'angle de 60 se développant entre l'encoche 34 et le P.M H, en obtenant ainsi un angle de retard de 4 r = 60 a par rapport à la référence constituée par cette même encoche 34. L'angle de retard ainsi obtenu est ensuite divisé par l'angle de rotation du moteur compris entre une paire d'encoches 35, qui, dans le cas présent, est de 180 , 4 r/180 ' Le microprocesseur multiplie ensuite le coefficient adimensionnel ainsi obtenu par un nombre d'impulsions d'horloge (de fréquence constante) égal à la somme algébri- que du nombre d'impulsions N 1 totalisées sur un compteur prévu à cet effet dans le laps de temps s'écoulant entre le passage de deux encoches 35 successives devant le capteur 33 et du nombre d'impulsions constituant la différence entre le nombre d'impulsions N 1 totalisées dans ledit laps de temps et le nombre d'impulsions No totalisées dans le laps de temps immédiatement précédent, toujours entre deux encoches 34 successives. t = r/180 (N 1 + (N 1 NO)) Le microprocesseur calcule ainsi le temps de retard tout en étant en mesure d'introduire une correction dans l'angle d'avance à l'allumage calculé, en cas d'accélération rapide du moteur, à travers ladite somme algébrique N 1 + (N 1 No), car l'intervalle qui s'écoule entre deux encoches 35 successives, correspondant à 180 du moteur, est corrigé avec la différence par rapport à l'intervalle cor- respondant aux 280 précédents du moteur. Le microprocesseur réactualise ainsi le calcul du temps de retard deux fois chaque tour du moteur, à la récep- tion des impulsions engendrées par les encoches 35, et ensuite, après avoir effectué ce calcul, charge sur le temporisateur 50 la valeur ainsi obtenue, qui détermine la fin de charge de la bobine d'allumage. L'arrivée de l'impulsion successive engendrée par I'encoche 34, correspondant au cylindre en phase de compres- sion, commande directement le temporisateur 50 à décompter la valeur précédemment chargée par le microprocesseur, à la suite de quoi, lorsqu'il atteint la valeur zéro, le tempo- risateur 50 émet un signal de sortie à travers la ligne 53 et un premier signal d'interruption à travers la ligne 51. Le signal en sortie du temporisateur 50 commande la bascule 54 à se disposer dans son premier état stable et met hors circuit le transistor de puissance de l'étage de sortie 45, en interrompant la charge de la bobine d'al- lumage du moteur, qui commande ainsi le déclenchement de l'étincelle sur la bougie du cylindre qui se trouve en phase de compression. A l'arrivée dudit premier signal d'interruption, le microprocesseur procède au calcul du temps d'arrêt de la bobine d'allumage, c'est-à-dire du temps pendant lequel celle-ci n'est pas conductrice, charge ensuite ce même temps sur le temporisateur 58, à travers la ligne 59, et commande ce dernier à se décrémenter. Le microprocesseur effectue le calcul du temps d'arrêt t en additionnant algébriquement à la valeur du s temps d'arrêt tso de la phase d'allumage précédente la dif- férence entre le temps effectif t MC pendant lequel la bobine est restée au maximum de sa charge, toujours dans la phase d'allumage précédente, et un temps souhaité de permanence à la valeur de charge maximum t*MC, ce qui donne ts = to + (t MC t MC) Si la différence entre le temps effectif et le temps souhaité de permanence à la valeur de charge maximum de la bobine est supérieure à un écart minimum, le microprocesseur augmente par degrés le temps d'arrêt calculé en ajoutant à chaque cycle de calcul une fraction déterminée de ladite différence, jusqu'à réaliser le temps désiré de permanence à la charge maximum. On doit noter que ce temps désiré de permanence à la charge maximum est déterminé en fonction des caractéristiques de la bobine d'allumage. Une fois décompté le temps d'arrêt réceptionné, le temporisateur 58 envoie au microprocesseur, à travers la ligne 60, un second signal d'interruption qui est utilisé par ce même microprocesseur pour envoyer un signal de commande à la bascule 54 à travers la ligne 56 et le circuit d'inter- face 55. Ce signal provenant du microprocesseur commande la bascule 54 à se mettre dans son second état stable et établit la conduction du transistor de puissance de l'étage de sortie , en donnant lieu au début de la charge de la bobine d'allumage. Lorsque le courant de charge, et par conséquent l'énergie de charge de la bobine d'allumage, dépasse une valeur préfixée, le comparateur à niveau de seuil 62 détecte le dépassement de la valeur maximum et délivre un signal au temporisateur 58 qui démarre alors le comptage du temps de permanence de la bobine à la valeur de charge maximum Ce comptage du temporisateur 58 est arrêté par le microproces- seur dès que celui-ci reçoit du temporisateur 50 le premier signal d'interruption correspondant à la fin du temps de charge de la bobine et au déclenchement de l'étincelle sur une bougie. Le microprocesseur effectue la lecture du temps de permanence de la bobine à la valeur de charge maximum et l'utilise avec le temps d'arrêt lu précédemment pour réactua- liser le calcul de ce même temps d'arrêt, en utilisant l'algorythme décrit précédemment. Les encoches 35 de la roue 36 sont utilisées pour le comptage du temps de retard dans le cas d'avances à l'alluma- ge très faibles Dans le cas présent, elles sont disposées avant le P M H et sont par conséquent utilisées pour des avances à l'allumage inférieures à 13 . Grâce à cette solution, il est possible d'éviter le comptage des très long temps de retard que l'on aurait dans le cas d'avances à l'allumage très faibles, ce qui compor- terait des grosses erreurs de calcul à cause des variations de la vitesse angulaire du moteur dans les intervalles de temps compris entre les encoches 35. Après avoir effectué le calcul de l'avance à l'allu- mage, le microprocesseur vérifie s'il s'agit d'une valeur supérieure ou inférieure à 130 et, s'il s'agit d'une valeur supérieure à 13 , procéde au calcul du temps de retard et à la commande de l'allumage suivant la procédure décrite précédemment Si par contre il s'agit d'une valeur inférieure à 13 , le microprocesseur établit un registre spécifique à un chiffre pour l'autorisation ou l'interdiction (flag), afin que soit annulée la commande de comptage par le tempo- risateur 50, constituée par l'impulsion engendrée par l'en- coche 35. A titre d'exemple, nous indiquons ci-après les réfé- rences des composants utilisés pour réaliser le dispositif selon l'invention Microprocesseur Il Z 80 Mémoire ROM 13 M 36000-5 Bl AS Mémoire RAM 12 2144 Temporisateurs 50 et 58 CTC Z 80 Comparateur 62 LM 2902 Circuit d'interface 55 PIO Z 80 REVENDICATIONS 1 Dispositif de contrôle de l'allumage pour moteurs à combustion interne, du type à microcalculateur ( 10) compre- nant un microprocesseur (CPU) ( 11) programmé, une mémoire de seule lecture (ROM) ( 13) contenant les programmes de calcul dudit microprocesseur et le tableau de données nécessaires pour le calcul, une mémoire de lecture et d'écriture (RAM) ( 12) et une unité d'entrée/sortie ( 14), reliées entre elles et audit microprocesseur à travers des lignes d'interconnexion parallèles (bus) pour les données, pour les adresses et pour les signaux de contrôle, ladite unité d'entrée/sortie étant d'autre part reliée à des capteurs de certains paramètres préfixés de fonctionnement du moteur, à des premiers moyens générateurs d'impulsions aptes à fournir un signal impulsif à chaque allumage que l'on doit réaliser dans le moteur, à des seconds moyens générateurs d'impulsions aptes à délivrer un signal impulsif pour chaque cycle du moteur, et à des moyens d'actionnement de la bobine d'allumage, ladite unité d'entrée/ sortie étant caractérisée par le fait qu'elle comprend: des premiers moyens de temporisation ( 50) reliés premièrement au microprocesseur ( 11) pour recevoir la grandeur calculée constituée par le temps de retard à compter et pour envoyer un premier signal d'interruption à la fin dudit compta- ge, deuxièmement auxdits premiers moyens générateurs d'impul- sions ( 19) pour être commandés à démarrer le comptage dudit temps de retard par un signal impulsif, et troisièmement auxdits moyens d'actionnement pour délivrer un signal de sortie destiné à commander la désactivation de la bobine d'allumage à la fin du comptage dudit temps de retard; des seconds moyens de temporisation ( 58) reliés audit microprocesseur ( 11) pour recevoir la grandeur calculée constituée par le temps d'arrêt à compter, pour être commandés à commencer le comptage dès la réception dudit premier signal d'interruption et pour envoyer un second signal d'interruption à la fin dudit comptage; des moyens d'interface ( 55) reliés au microprocesseur ( 11) pour recevoir ledit second signal d'interruption, ainsi qu'auxdits moyens d'actionnement pour envoyer un signal commandant l'activation en conduction de la bobine d'allumage à la réception dudit second signa I d'interruption; des moyens comparateurs ( 62) reliés à la bobine d'allumage et auxdits seconds moyens de temporisation ( 58) pour commander ceux-ci à démarrer le comptage du temps de permanence de la bobine à la valeur de charge maximum à partir du dépassement d'une valeur préfixée de l'énergie de charge, lesdits moyens de temporisation étant commandés par le microprocesseur ( 11) à terminer le comptage dudit temps de permanence de la bobine à la valeur de charge maximum, o 10 à la réception dudit premier signal d'interruption. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits premiers et seconds moyens de tempo- risation sont constitués respectivement par un premier et par un deuxième temporisateur ( 50, 58). 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens comparateurs sont constitués par un comparateur à niveau de seuil de tension ( 62). 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens comparateurs ( 62) sont reliés à l'enroulement primaire de la bobine d'allumage à travers un diviseur de tension. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits premiers moyens générateurs d'impul- sions ( 19) comprennent une roue ( 36) qui tourne à la même vitesse que le moteur et qui est dotée de deux moyens de référence pour chaque allumage devant êtré activé dans le moteur, un de ces moyens de référence étant prévu plus en avance et l'autre moins en avance par rapport au P M H de chaque cylindre. 6 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit microprocesseur ( 11) est programmé pour calculer, à la fin du temps de charge de la bobine, ledit temps de retard en fonction de l'angle d'avance le plus approprié aux conditions de fonctionnement du moteur et en fonction des impulsions de fréquence constante totali- sées dans les laps de temps préfixés. 7 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit microprocesseur ( 11) est programmé pour calculer le temps d'arrêt ou de non conduction de la bobine d'allumage en fonction du temps d'arrêt de la phase d'allumage précédente et de la différence entre le temps de permanence à la valeur de charge maximum de la bobine au cours de la phase d'allumage précédente et un temps souhaité de permanence à la valeur de charge maximum de cette même bobine.