Brevet FR2531749A1 — publié le 19840217

Dispositif de commande de l'allumage et de l'injection de combus- tible pour un moteur à combustion interne. La présente invention concerne un dispositif de commande de l'allu- mage et de l'injectioii de combustible pour un moteur à combustion interne, du type comportant un système de calcul numérique program- mé pour calculer l'avance à l'allumage et la durée d'injection en fonction du régime et de la charge du moteur. Dans tout dispositif de ce type, il est nécessaire d'effectuer une mesure de vitesse et, en synchronisme avec celle-ci, un repérage angulaire de la position du vilebrequin de manière à pouvoir connaktre avec exactitude le point mort haut (PMH) et/ou le point mort bas (PMB) du moteur. Cette mesure de vitesse peut être réalisée de différentes ma- nières, tant du point de vue capteurs et cibles, que du point de vue du traitement des informations Toutefois, plusieurs de ces méthodes présentent l'inconvénient d'être onéreuses sur le plan industriel, notamment celles qui recourent à deux capteurs, l'un pour la mesure de la vitesse l'autre pour le repérage de la posi- tion angulaire du vilebrequin. Le brevet français 2 446 467 décrit un procédé qui permet à la fois de mesurer la vitesse et de repérer la position angulaire du vilebrequin au moyen d'un seul capteur devant lequel défile une cible munie à sa périphérie d'une succession de dents et de creux et de laquelle au moins une dent a été supprimée pour constituer un repère absolu. Toutefois, le traitement du signal provenant du capteur, si l'on désire avoir une dynamique suffisante de mesure de la vitesse de rotation et un repérage précis des PHM et/ou PMB, le calcul des angles de conduction de la bobine et d'avance à l'allumage, et le calcul de la durée d'injection nécessitent à priori d'utiliser -2 - un microprocesseur rapide et puissant, et par conséquent co Gteux. L'invention vise à réaliser un dispositif de commande de l'alluma- ge et de l'injection r un moteur à combustion interne qui assure les fonctions précit Ces de traitement du signal capteur pour la mesure de la vitesse et de repérage de la position angulaire du vilebrequin par le procédé décrit au brevet français 2 446 467, ainsi que le calcul de la durée d'injection et des angles de con- duction de la bobine et d'avance à l'allumage au moyen d'un sys- tème de calcul numérique faisant appel à un microprocesseur program- mé courant du type "single chip". A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de commande de l'allumage et de l'injection de combustible en fonction du régime et de la charge pour un moteur à combustion interne, comprenant une cible solidaire en rotation du vilebrequin et munie à sa pé- riphétiei d'une succession de dents et de creux, au moins un cap- teur disposé face à la périphérie de la cible pour détecter le défilement des dents et des creux, une bobine d'allumage, un dis- tributeur destiné à appliquer séquentiellement la tension de sor- tie de la bobine à des éléments générateurs d'explosion associés à chaque cylindre respectivement, au moins un capteur de la pression dans la tubulure d'admission du moteur, au moins un injecteur pour admettre du combustible dans les cylindres du moteur et un sys- tème de calcul, en fonction des paramètres régime du moteur et pression dans la tubulure d'admission, de la durée d'injection de combustible, ainsi que des angles d'avance à l'allumage et de Eonduction de la bobine, caractérisé en ce que, comme connu en soi, un seul capteur de position est associé à la cible dont au moins une dent a été supprimée, et en ce que le système de calcul com- prend un premier calculateur du type microcalculateur programmé dans lequel sont mémorisées des valeurs d'angle d'avance et de durée dinjection adressables en fonction des paramètres régime et pression, ainsi qu'un second calculateur qui, à partir du si- gnal de sortie du capteur de position, élabore et applique au pre- mier calculateur un signal de synchronisation (SY) assurant le re- -3 - pérage de chaque point mort haut et/ou chaque point mort bas d'un cylindre, le premier calculateur recevant le signal de sortie du capteur de pression et calculant, en fonction desdits paramètres et sous la comman ce du signal de synchronisation (Sy), la durée d'injection pour la commande de l'injecteur et l'angle d'avance à l'allumage, la valeur de l'angle d'avance étant appliquée par le premier calculateur au second calculateur qui calcule l'angle de conduction de la bobine et commande la conduction de la bobine en fonction desdits angles calculés de conduction et d'avance à l Val- lumage. Suivant une caractéristique de l'invention, le premier calculateur mesure le régime du moteur à partir du signal de synchronisation Sy. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le second cal- culateur est un calculateur d'allumage présentant des mémoires mortes de coefficients de correction d'avance et d'avance pleine charge et des entrées additionnelles de correction d'avance, lesdites mémoires mortes contenant une valeur nulle et le premier calculateur appliquant aux entrées additionnelles ladite valeur calculée de l'angle d'avance à l'allumage. D Qautres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un' exemple de sa réalisation il- lustré par le dessin annexé sur lequel la figure unique montre l'architecture du système de calcul d'un dispositif de commande suivant l'invention. En se référant au dessin, le système de calcul comprend essentielle- ment un premier calculateur 1 constitué par un microprocesseur programmé de type courant ("single chip") tel que, par exemple, le microprocesseur MC 6801 et un second calculateur 2 qui sera décrit plus en détail dans la suite. Le microprocesseur 1 reçoit d'un capteur 3 l'information pression -4 dans la tubulure d'admission convertie sous forme numérique par un convertisseur numérique-anlogique 4, et du calculateur 2 un si- gnal de synchronisation Sy à partir duquel il calcule le régime du moteur et qui lui permet d'identifier le passage de chaque cylindre au PMH Le microprocesseur 1 contient en mémoire des valeurs d'angle d'avance et de durée d'injection adressables en fonction des para- mètres régime et pression et calcule, sous la commande du signal de synchronisation Sy, la durée d'injection pour la commande d'un ou plusieurs injecteurs 6 et d'une pompe d'injection 7 par l'in- termédiaire de circuits de puissance 8 et 9 respectivement Le mi- croprocesseur transmet par ses sorties Po, P 1, P 2 et P 3 la valeur calculée de l'angle d'avance à l'allumage au calculateur 2. Le calculateur 2 comporte une première section 2 a et une seconde section 2 b La première section 2 a est constituée d'un bloc 13 de traitement numérique qui reçoit en entrée, après mise en forme par le circuit analogique 5 %constitué par exemple par le circuit SN 96 532 de la Société Texas Instruments, le signal prélevé par un capteur de position 11 détectant le passage des dents dont est munie à sa périphérie une cible 10 fixée sur le vilebrequin 12 du moteur à combustion interne et to rnant en synchronisme avec lui. A partir du signal Sd de sortie du circuit analogique 5 le bloc 13 produit le signal de synchronisation Sy et un signal vitesse V de fréquence * fois supérieure a Sd Ce bloc 13 et la manière sui- vant laquelle sont élaborés les signaux Sy et n Sd sont décrits dans le brevet francais 2 446 467 auquel on pourra se reporter. La section 2 b comporte un bloc de calcul 19 qui reçoit sur une en- trée 16 le signal de synchronisation Sy et sur une seconde entrée 17 signal de vitesse V. Les parties essentielles du bloc de calcul 19 sont les suivantes: un séquenceur 30; un étage de mesure de la vitesse 31; une mémoire morte 32; un étage de mesure de pression 33; un étage de sécurité 34 pour se prémunir contre tout incident de fonctionnement du bloc de calcul 19; un étage de corrections 35 relié par trois conduc- teurs d'entrée 38 a, 38 b; 38 c aux sorties Po, Pl et P 2 respectivement du microprocesseur 1 et un étage 36 de calcul de l'angle d'avance à l'allu- mage recevant des informations de la sortie P 3 du microprocesseur 1 par une entrée 41 d'impulsions série Ce bloc de calcul a été décrit dans les brevets français 2 327 421, 2 349 041 et 2 413 127. Le bloc de calcul 19 délivre par ses sorties respectives 21 et 22 deux nombres binaires qui correspondent respectivement à l'angle de mise en conduction de la bobine 27 exprimé en nombre de dents de la cible 10 sur sa sortie 21 et à l'angle d'avance à l'allumage exprimé en nombre de dents de la cible 10 et en nombre de subdivisions d'entre deux dents de ladite cible sur sa sortie 22 Ces deux nombres binaires parviennent par les conducteurs 21 et 22 en entrée sur un bloc 20 de génération du signal de commande de la bobine 27 Le bloc 20 reçoit aussi en entrée trois signaux par les conducteurs 14, 15 et 18 qui sont respectivement le signal capteur mis en forme Sd, le signal de vitesse V et le signal de synchronisation Sy Le bloc de généra- tion 20 du signal de commande de la bobine fournit sur sa sortie 23 un signal de faible puissance qui est transmis à un étage de puissance amplificateur 24 dont la sortie 28 est reliée à la bobine d'allumage 27ayant un enroulement primaire 26 et un enreoulement secondaire 29 relié par une de ses extrémités à la partie centrale d'un distribu- teur 42 autour de laquelle tourne le bras mobile 43 qui met successi- vement en communication, au cours de sa rotation, le secondaire 29 de la bobine d'allumage 27 avec les bougies des différents cylindres du moteur pour provoquer l'explosion et la combustion du mélange contenu dans les cylindres Ce dernier ensemble, comprenant le bloc 20 de gé- nération du signal de commande de la bobine 27 et l'étage amplifica- teur de puissance 24, a été décrit dans la demande de brevet français 2 474 597. Le calculateur 2 qui vient d'être décrit sommairement et dont le fonc- tionnement détaillé est explicité dans les brevets précités peut être constitué par un circuit intégré tel que le circuit SN 96 528 de la Société Texas Instruments Ce circuit est en principe destiné à cal- culer de façon autonome l'angle de conduction de la bobine 27 et -6- l'angle d'avance à l'allumage Dans le dispositif suivant l'inven- tion, il ne remplit que la première de ces fonctions, la seconde étant assurée par le microprocesseur 1 A cet effet, les entrées additionnelles 38 a, 38 b, 38 c utllisées normalement pour recevoir des corrections additionnelles et aléatoires provenant de divers capteurs et l'entrée 41 de correction d'avance en fonction du cli- quetis (entrées qui sont décrites dans la demande de brevet français 2. 485 641) sont, dans le présent dispositif, destinées à recevoir des corrections permanentes provenant du microprocesseur 1 et ser- vant à générer la loi d'allumage De plus, contrairement aux ex- plications données dans la demande de brevet français 2 485 641, les mémoires mortes des coefficients de correction d'avance et d'avance pleine charge contiennent toute la valeur O O puisque les corrections envoyées par le microprocesseur 1 aux entrées additionnelles 38 a, 38 b, 38 e et 41 correspondent à la valeur cal- culée de l'angle d'avance à l'allumage. Enfin, le bloc de calcul 19 ne reçoit pas d'information "pression" contrairement à'ce qui est indiqué dans la demande de brevet fran- çais 2 485 641 puisque c'est le microprocesseur 1 qui reçoit direc- tement cette information du convertisseur analogique/numérique 4, ce qui permet d'utiliser un seul capteur de pression 3 pour calcu- ler l'angle d'avance à l'allumage et la durée d'injection. La cible 10 comprend par exemple 44 dents régulièrement espacées dont deux fois deux dents ont été enlevées à 90 ' de chaque point mort haut ou point mort bas dans le cas d'un moteur à quatre cy- lindres Le signal Sd issu du capteur 11 et mis en forme par le circuit analogique 5 est appliqué au calculateur 2 Le bloc 13 opère le traitement de ce signal Sd (à ne pas confondre avec le signal Sd du brevet français 2,446 467 précité qui, lui, désigne le si- gnal dent reconstitué, c'est à dire le signal capteur mis en forme et dans lequel on a en outre reconstitué électroniquement les dents manquantes) de manière à produire le signal Sy qui identifie le pas- sage des pistons à un point mort haut Le microprocesseur qui re- çoit par ailleurs ce signal Sy peut alors calculer le régime du mo- teur et,à partir de l'information pression provenant du convertis- -7- seur 4, l'angle d'avance à l'allumage et la durée d'injection, en synchronisme avec les cyles moteurs, suivant des algorithmes appro- priés et qui ne seront pas décrits, de tels algorithmes étant bien connus des 'sprécialistes de la technique. Grace au signal de synchronisation Sy et à son horloge interne, le microprocesseur 1 commande le début de l'injection à un instant don- né après le point mort haut et pour la durée calculée. Par ailleurs, le microprocesseur 1 indique au bloc 19 quel angle d'avance il doit fournir au bloc 19 En programmant par exemple les valeurs 8, 16 ' et 32 ' volant pour les corrections additionnelles sur les entrées 38 a, 38 b et 38 cp le microprocesseur 1 peut indiquer toutes les avances comprises entre O et 56 volant moteur par pas de 80 o La valeur maximale de 56 est-en général largement suffisante pour tous les moteurs à combustion interne La sortie P 3 du micro- processeur 1 est utilisée pour affiner la génération de la loi d'avance et obtenir une Rrécision de 1 sur l'angle d'avance A cet effet; la sortie P 3 du microprocesseur 1 est reliée à lentrée 41 du bloc de calcul i 9 > dont une autre entrée 40, qui commande le signe de la cor- rection appliquée à l Ventrée 41, est pré-positionnée pour que ce signe soit négatif Le microprocesseur 1 n'a donc à envoyer en pa- rallèle qu'une information "'0 " ou " 1 sur les trois entrées 38 a, 38 b et 38 c pour dégrossir la valeur d'avance à générer par pas de 8 D valeur qui est décrementée de degré en degré par lenvoi à l'entrée 41 d'un nombre d 9 impulsions compris entre O et 7 pour venir corriger la valeur '"dégrossie" et indiquer au bloc 19, avec une résolution de 11, la valeur d'avance à prendre en compte. On pourra par exemple générer un angle d'avance de 22 volant en com- mandant deux des entrées 38 a, 38 b, 38 c pour la génération de "correc- tions" de 8 ' et 16 ' et le microprocesseur n'aura qu'à envoyer deux impulsions série en 41 pour que le bloc de calcul 19 délivre effectivement cette valeur de 22 ' volant avec un angle de conduction que le calcula- teur 2 aura déterminé, comme indiqué dans la demande de brevet français 2.474 597, à partir de la mesure du régime du moteur qu'il aura effec- 8 - tué parallèlement au microprocesseur 1 Le temps perdu par le micro- processeur 1 pour envoyer les informations nécessaires au calcula- teur 2 est donc très court. Le système de calcul du dispositif de commande zt d'allumage sui- vant l'invention est donc particulièrement peu coûteux puisqu'il ne nécessite qu'un seul capteur de pression et qu'il associe à un microprocesseur de type courant et peu puissant un calculateur conçu initialement pour générer de façon autonome la loi d'allumage et produit en grande série à un faible cout. L'utilisation d'un microprocesseur peu puissant est rendue possible parceque celui-ci est déchargé de l'élaboration du signal de synchroni- sation et des fonctions afférentes à la commande de la bobine d'allu- mage, à savoir calcul de l'angle de conduction, régulation du coue rant et "vary-Dwell"'o -9- REVENDICATIONS. 1 Dispositif de commande de l'allumage et de l'injection dé com- bustible en fonction du régime et de la charge p Dur:n moteur à combustion interne, comprenant une cible solidaire en rotation du vilebrequin et munie à sa périphérie d'une succession de dents et de creux, au moins un capteur disposé face à la périphérie de la cible pour détecter le défilement des dents et des creux, une bobine d'allumage, un distributeur destiné à appliquer séquentiellement la tension de sortie de la bobine à des éléments générateurs d'ex- plosion associés à chaque cylindre respectivementau moins un cap- teur de la pression dans la tubulure d'admission du moteur, au moins un injecteur pour admettre du combustible dans les cylindres du mo- teur et un système de calcul, en fonction des paramètres régime du moteur et pression dans la tubulure d'admission, de la durée d'injection de combustible ainsi que des angles d'avance à l'allu- mage et de conduction de la bobine, caractérisé en ce que, comme connu en 'soi, un seul capteur de position (II) est associé à la cible ( 10) dont au moins une dent a été supprimée, et en ce que le système de calcul comprend un premier calculateur ( 1) du type micro- calculateur programmé dans lequel sont mémorisées des valeurs d'angle d'avance et de durée d'injection adressables en fonction des paramètres régime et pression, ainsi qu 9 un second calculateur ( 2) qui, à partir du signal de sortie du capteur de position ( 11), élabore et applique au premier calculateur ( 1) un signal de synchronisation (Sy) assurant le repérage de chaque point-mort heut et/ou chaque point mort bas d'un cylindre, le premier calculateur ( 1) recevant le signal de sortie du capteur de pression et calculant, en fonction desdits paramètres et sous la commande du signal de synchronisation (Syy, la durée d'injection pour la commande de l'injecteur ( 6) et l'angle d'avance à l'allumage, la valeur de l'angle d'avance étant appliquée par le premier calculateur ( 1) au second calculateur ( 2) qui calcule l'angle de conduction de la bobine ( 27) et commande la conduction de la bobine en fonction des dits angles calculés de conduction et d'avance à l'allumage. -10 - 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier calculateur ( 1) mesure le régime du moteur à partir du si- gnal de synchronisation Sy. 3 Dispositif -ivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le second calculateur ( 2) est un calculateur d'allumage présentant des mémoires mortes ( 32) de coefficients de correction d'avance et d'avance pleine charge et des entrées addi- tionnelles ( 38 a, 38 b, 38 c, 41) de correction d'avance, lesdites mé- moires mortes contenant une valeur nulle et le premier calculateur ( 1) appliquant aux entrées additionnelles ( 38 a, 38 b, 38 c, 41) ladite valeur calculée de l'angle d'avance à l'allumage. 4 Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les entrées additionnelles comprennent des entrées parallèles ( 38 a, 38 b, 38 c) programmées avec des valeurs entières supérieures à la résolution finale de l'angle d'avance à l'allumage et auxquelles le premier calcu- lateur ( 1) applique le nombre le plus proche de l'angle d'avance cal- culé, et au moins une entrée série ( 41) à laquelle le premier calculateur ( 1) applique des impulsions pour corriger ledit nombre et indiquer-au second calculateur la valeur exacte de l'angle d'avance calculé. Dispositif selon lùne quelconque des revendications 3 et 4, ca- ractérisé en ce que, parallèlement au premier calculateur ( 1), le second calculateur ( 2) mesure le régime du moteur et calcule l'angle de conduction de la bobine d'allumage à partir de ladite valeur mesurée du régime.