FR2730277A1 - Dispositif d'allumage electronique integral temps reel - Google Patents

Abstract

L'invention se situe dans le domaine des dispositifs d'allumage électronique de moteur. Selon l'invention il est utilisé un capteur (1) de position angulaire du moteur, délivrant une valeur de tension électrique qui est une fonction biunivoque de la position angulaire du moteur au moins sur un secteur angulaire par exemple de 180 deg.. De la sorte l'avance à l'allumage ne résulte pas du calcul d'un temps d'avance. Elle résulte d'une égalité déterminée au moyen d'un comparateur (3) entre la position angulaire calculée pour l'allumage, exprimée sous forme d'une tension électrique rendue égale à la valeur de la tension électrique délivrée par le capteur pour la position angulaire calculée et la valeur de tension réellement délivrée par le capteur. Dans une version techniquement améliorée la position angulaire est prélevée par échantillonnage et l'avance est calculée en fonction des caractéristiques d'une courbe représentant les positions angulaires en fonction du temps.

Description

L'invention se situe dans le domaine de l'allumage électronique des moteurs à explosions.

On sait que les dispositifs actuels d'allumage électronique de moteurs à explosion comportent un capteur destiné à mesurer la vitesse de rotation du moteur. Ce capteur comporte une horloge ou un compteur qui mesure le temps écoulé pour qutun repère en général magnétique et disposé sur la couronne du volant de démarrage se déplace d'une première position connue à une seconde position connue. Cette information de temps est ensuite introduite dans un calculateur qui calcule en fonction de la vitesse de rotation mesurée une avance à l'allumage, c'est à dire une durée nécessaire à un piston se trouvant dans un cylindre que l'on veut allumer, pour atteindre le point mort haut de son parcours.La durée calculée est utilisée par exemple par une horloge ou un compteur pour déterminer un instant d'interruption du passage d'un courant dans une bobine dont la surtension de coupure est utilisée pour provoquer une étincelle entre les électrodes d'une bougie se trouvant dans ledit cylindre.

Bien que ce mode de réalisation soit globalement satisfaisant, il ne permet pas un allumage dont l'avance est idéalement positionnée en fonction de la vitesse de rotation du moteur. On remarque en effet que le procédé de calcul selon l'art antérieur ci-dessus décrit suppose une vitesse de rotation du moteur constante. Si entre l'instant de fin de mesure de la vitesse et l'instant calculé d'allumage la vitesse du moteur a varié, L'allumage se trouve angulairement décalé par rapport à ce qui était prévu. Si la vitesse a diminué entre ces deux instants, L'instant réel d'allumage qui correspond à l'instant calculé d'allumage se produit pour une position angulaire du moteur qui correspond à une avance angulaire du moteur plus grande que celle qui a été calculée, alors que dans ce cas il aurait été souhaitable que cette position angulaire soit plus petite que celle calculée.De méme si la vitesse du moteur a augmenté entre l'instant de fin de mesure et l'instant calculé d'allumage, L'instant réel d'allumage se produit pour une position angulaire du moteur qui correspond à une avance angulaire plus petite que celle calculée, alors que dans ce cas, il aurait été souhaitable que cette position fut plus grande. On voit donc que dans le cas d'un régime de moteur variable le procédé d'allumage selon l'art antérieur provoque une dérive de la position angulaire d'allumage qui est systématiquement dans le mauvais sens.

La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient. Selon l'invention l'allumage est réalisé à la position angulaire calculée exacte que le moteur soit en régime stabilisé ou en régime variable.

Lorsque le moteur est en régime variable, la position angulaire d'allumage calculée en fonction de la vitesse moyenne du moteur mesurée entre deux positions angulaires connues est toujours décalée par rapport à la position exacte qu'il aurait dû avoir pour tenir compte de la vitesse réelle du moteur jusqu'au point mort haut. Cependant le décalage existant n'est dû qu'au changement de vitesse du moteur, et il ne vient pas s'ajouter à ce décalage comme dans l'art antérieur un décalage de la position angulaire d'allumage, décalage supplémentaire qui comme expliqué plus haut est de plus systématiquement dans le mauvais sens.

Dans un second mode de réalisation de l'invention exigeant une puissance de calcul légèrement plus grande, il est tenu compte de la variation de vitesse du moteur pour calculer une position angulaire d'allumage correspondant à une vitesse estimée du moteur entre la fin de la mesure et le point mort haut.

De plus dans cette version, il est possible de faire varier l'avance à l'allumage en tenant compte d'autres facteurs, tels que par exemple l'altitude du moteur ou le type d'essence employé.

Outre les avantages cidessus signalés, I'invention présente par rapport à l'art antérieur d'autres avantages notamment à très faible régime moteur par exemple au démarrage, et aussi aux régimes moteurs élevés.

Dans les allumages selon l'art antérieur, en raison des capteurs utilisés il n'est pas possible de donner une très faible avance ou même un retard à l'allumage. Or dans les cas notamment de démarrage à froid, ou en raison de la faiblesse de la batterie, le moteur tourne très lentement, il peut être nécessaire d'allumer avec un léger retard. Selon l'invention cette possibilité est ouverte. De même à haut régime moteur, par exemple à 6000 tours/minute soit 0,1 tour par millisecondes, le temps de calcul de l'angle d'avance à l'allumage n'est plus négligeable. II convient dans ce cas de déduire du temps calculé, le temps du calcul, d'une part et d'autre part un temps pour tenir d'une dépression qui se produit pour ces vitesses au niveau des soupapes d'admission et dans le cylindre.Ceci oblige pour chaque moteur à utiliser des algorithmes de correction en fonction du régime moteur et de la dépression.

Selon l'invention, le temps de calcul est fortement diminué ce qui fait qu'il n'est plus nécessaire même à haut régime de déduire le temps de calcul du temps trouvé.

Par ailleurs dans le second mode de réalisation il est tenu compte directement de la dépression pour calculer l'avance. II n'est donc plus nécessaire dans ce cas d'avoir un algorithme de correction en fonction des temps de calcul. Cet algorithme est remplacé par un ensemble de valeurs stockées dans une mémoire, I'adresse de la mémoire contenant la valeur de correction étant une fonction de l'avance calculée et de la dépression. Cette manière de procédé permet de diminuer la taille mémoire et donc le prix du dispositif d'allumage.

A toute ces fins, I'invention est relative à un dispositif de détermination d'un instant pour le déclenchement de l'allumage des bougies d'un moteur à explosion, le dispositif comportant un capteur de la vitesse de rotation du moteur délivrant une information permettant de connaître la vitesse du moteur, des moyens de calcul permettant à partir de cette vitesse de déterminer un instant d'allumage correspondant à une avance angulaire à l'allumage, les moyens de calcul commandant des moyens de création d'une haute tension au niveau d'une bougie d'allumage, dispositif caractérisé en ce que le capteur est un capteur délivrant sur une partie au moins de chaque tour du moteur une valeur d'une grandeur électrique, la valeur délivrée étant une fonction biunivoque de la position angulaire du moteur et en ce que le calculateur délivre une valeur de ladite grandeur électrique qui est égale à la valeur de la grandeur électrique délivrée par le capteur lorsque le moteur se trouve dans la position correspondant à l'avance angulaire calculée.

Un mode de réalisation de l'invention sera maintenant décrit en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 représente un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention;
- la figure 2 représente un exemple de courbes de tension électrique délivrée en fonction de la position angulaire du moteur;
- la figure 3 illustre de façon schématique les cycles d'un moteur à quatre temps;
- la figure 4 est un exemple d'une courbe représentant l'angle cx d'avance à l'allumage en fonction du régime du moteur;
- la figure 5 est destinée à expliquer le fonctionnement d'un moteur équipé de l'invention;
- la figure 6 représente des courbes de positionnement angulaire du moteur en fonction du temps entre une première position aA et une seconde position aB.

De façon avantageuse, il a été utilisé un capteur de position angulaire foumi par la société "Moving Magnet Technologies" 78 avenue
Clemenceau à Besançon - France. Cette société fabrique des capteurs de position angulaire à effet hall qui délivre une tension électrique qui varie de façon très linéaire en fonction de la position angulaires. L'un des principaux intérêts de ces capteurs de position angulaire est qu'ils délivrent un signal de valeur précise en fonction de la position angulaire sous forme d'une grandeur électrique, sans qu'il y ait des contacts électriques entre une partie fixe du capteur et une partie du capteur entraînée en rotation. On évite ainsi tous les problèmes d'usure ou de marquage de piste qui pourrait apparaître avec des capteurs à potentiomètre par exemple.Le modèle choisit pour une réalisation expérimentale est un modèle à deux secteurs, un secteur 0-180e et un secteur 180 -360 . Pour chacun de ces secteurs le capteur délivre une tension qui varie linéairement entre une première valeur et une seconde valeur. On dispose ainsi pour connaître la position angulaire du capteur de deux courbes en dent de scie représentant la tension en fonction de la position angulaire, ces deux courbes sont représentées figure 2.

Naturellement il est possible de modifier le capteur pour obtenir au lieu d'une valeur de tension électrique, par exemple une valeur de courant électrique ou encore une autre grandeur électrique. La conversion d'une grandeur électrique dans une autre peut aussi être effectuée en dehors du capteur. L'utilisation d'un tel capteur nécessite de disposer d'un signal pour savoir dans quel demi-tour est positionné le capteur. Cette reconnaissance est à la portée de l'homme du métier et ne sera pas ici décrite. Le capteur dispose d'une prise de mouvement mécanique continue monté par exemple sur l'arbre moteur ou dans un dispositif de type tête d'allumeur qui s'adapte sur une pièce toumante dont on veut connaître la position. Dans le montage expérimental réalisé il a été choisi de prendre le mouvement sur l'arbre moteur, d'un moteur à quatre cylindres.Le rapport de nombre de tours a été de I pour 1, c'est-à-dire un tour du capteur pour un tour moteur. II est naturellement possible de choisir d'autres rapports faisant tourner le capteur plus vite ou moins vite que l'arbre moteur à condition d'adapter le calcul en aval du capteur. II est possible aussi de prendre le mouvement sur d'autres pièces que l'arbre moteur, par exemple sur le volant d'inertie.

Le montage électrique du dispositif expérimental réalisé est représenté figure 1. II comporte le capteur 1, la valeur en sortie de ce capteur alimente d'une part un calculateur (2), qui dans le dispositif utilisé était un processeur ordinaire, mais qui normalement après étude devrait être un circuit intégré dédié, et d'autre part un comparateur (3) ayant deux entrées 4, 5 et une sortie 6. Le comparateur 3 reçoit sur son autre entrée une tension dont la valeur est calculée par le calculateur.

Le fonctionnement de ce dispositif sera maintenant explicité.

Dans un premier temps le fonctionnement sera explicité pour l'allumage de la bougie d'un seul cylindre, L'allumage de chacun des cylindres tour à tour ne sera abordé qu'ensuite.

Pour une meilleure compréhension on rappelle tout d'abord brièvement le fonctionnement d'un moteur à explosion comportant par exemple 4 cylindres. Les mouvements d'un piston d'un tel moteur sont illustrés par la figure 3. Cette figure représente schématiquement un piston 7 pour chacune des quatre phases de son mouvement. La position de départ de chaque phase est représentée en pointillé et la position d'arrivée en traits pleins. Le piston 7 se déplace entre un point mort haut PMH et un point mort bas PMB.

Chaque mouvement du point mort haut au point mort bas correspond à un demi tour du moteur, de même évidemment que chaque mouvement de retour du point mort bas au point mort haut. Les quatre étapes successives a, b, c, d représentées figure 3 sont de façon bien connue les étapes ci-après:
- en première étape a) du PMH au PMB le volume au dessus du piston augmente, un mélange air carburant est admis dans le cylindre;
- en seconde étape b) ce mélange est comprimé par la remontée du piston du PMB au PMH. C'est au cours de ce mouvement qu'intervient dans le cas général, L'allumage de la bougie. Cet allumage doit pour un bon fonctionnement intervenir avec une avance angulaire d'autant plus grande que le moteur toume vite.Un exemple de valeur d'avance en fonction de la vitesse de rotation du moteur est donné par la courbe de la figure 4 qui représente la valeur de l'avance en fonction de la vitesse exprimée en tours par minute. On peut considérer que la valeur d'avance ne dépasse jamais 70". Cette valeur peut être négative c'est à dire se situer après le point mort haut pour les très basses vitesses de rotation.

L'étape c correspond à la phase moteur du mouvement, les gaz d'explosion poussent le piston vers le PMB.

A l'étape d le piston 7 revient vers le PMH et chasse les gaz.

C'est la phase d'échappement.

On revient ensuite à l'étape a) pour un nouveau tour.

Ces quatre phases sont représentées pour le cas d'un moteur à quatre cylindres, figure 5, sur un cercle 8.

Sur ce cercle chaque demi tour correspond à deux phases différentes du cycle puisque le cycle complet s'effectue en quatre temps d'un demi tour chacun. Afin de mettre en correspondance les phases du moteur représentées figure 3 et la rotation du moteur en fonction de ces phases représentée figure 5, chaque demi tour est référencé 9 suivi d'un indice a, b, c, d, qui correspond aux phases a, b, c, d de la figure 3.

La référence 0 du capteur est calée à une position où un piston 7 est au point mort haut. Pour faciliter les explications le cercle 8 a été gradué de 0 à 360" et les quadrants 0, 90 ; 90", 180" ; 180", 270 ; 270 , 360 , repérés 10 à 13 respectivement.

Le demi tour au cours duquel va être effectué un allumage d'un cylindre est le demi tour 9C.

Afin de bénéficier d'une mesure instantanée de vitesse qui soit aussi proche que possible de l'instant d'allumage, la mesure de vitesse est effectuée alors que le moteur parcourt le quadrant 12 du demi tour 9c.

Pour cette phase de mesure une horloge du calculateur mesure le temps écoulé pour qu'une première valeur de tension, puis une seconde valeur de tension soient reçues successivement par le calculateur. Ces valeurs correspondent à deux positions angulaires, une première et une seconde, toutes deux sur le quadrant 9c, par exemple aux positions 1800 et 270 respectivement.

Par rapport à l'art antérieur le moment de la mesure de rotation est plus proche de l'instant d'allumage et l'on bénéficie ainsi d'une vitesse instantannée plus proche de la vitesse réelle et donc d'une meilleure optimisation de l'angle d'allumage. II est envisagé en fonction des résultats d'expérimentation de faire varier éventuellement la première et la seconde position de mesure.

En fonction de la vitesse instantanée détectée le calculateur 2 calcule un angle d'avance a sous forme d'une tension Va. Cette tension représentée figure 2 est la tension qu'indique le capteur lorsque le moteur est dans la position angulaire a. Cette tension est affichée par le calculateur à l'entrée 4 du comparateur 3 qui reçoit sur son autre entrée 5 la tension en provenance du capteur 1. Lorsque les deux entrées sont égales le comparateur 3 délivre sur sa sortie 6 le signal qui de façon connue à travers un distributeur et un rupteur conduira à provoquer une surtension importante qui provoquera l'allumage de la bougie d'un cylindre.

En ce qui conceme l'allumage de la bougie du second cylindre qui sera allumé au cours du deuxième tour de moteur qui achève pour chacun des cylindres le cycle de quatre temps le fonctionnement sera exactement le même, seul change en aval du circuit de la figure 1, la commutation de distribution.

On voit donc que dans ce premier mode de réalisation il ne serait pas nécessaire d'utiliser un capteur à deux secteurs 0-180 et 180-360 . Un capteur à un seul secteur pourrait suffire puisque l'on utilise toujours le même demi-cercle pour faire la mesure de vitesse puis positionner l'allumage. On notera que dans ce cas, il conviendrait de faire correspondre au point mort haut, un point correspondant à quelques degrés, de l'ordre d'une dizaine, de façon à bénéficier de la plage, 0-10 environ, du secteur pour effectuer des allumages avec retard par exemple lors de démarrage en particulier à froid. Un tel décalage du 0 du capteur est représenté en pointillé figure 5 pour un décalage de 10 .

Dans le mode expérimental, il a été préféré un capteur plein tour afin de pouvoir faire en outre des essais complémentaires d'optimisation.

L'optimisation envisagée est relative à l'exploitation fine des vitesses instantanées du moteur au cours d'un cycle ou d'une partie de cycle.

Selon ce second mode de réalisation on ne se contente pas de mesurer une vitesse moyenne du moteur entre deux positions connues, mais on trace la courbe représentant la position angulaire du moteur au cours du temps. Cette courbe est ensuite exploitée par le calculateur pour afiner l'avance à donner. A titre d'exemple d'une telle exploitation, il a été réalisé un calcul permettant de prendre en compte une accélération ou une décélération ,de la rotation du moteur. L'amélioration ainsi introduite est explicitée en référence à la figure 6. Cette figure représente deux courbes, une courbe a) et une courbe b). La courbe a représente un exemple d'évolution dans le temps de la tension en sortie du capteur si le moteur toume à vitesse constante. La courbe b) représente l'évolution de cette même tension lorsque le moteur toume en accélérant.Dans le cas de la courbe a) la vitesse moyenne est égale à la vitesse instantannée réelle.

Dans le cas de la courbe b, la vitesse moyenne telle qu'elle serait mesurée par mesure du temps écoulé pour aller d'une tension VA correspondant à un point A d'une première position angulaire à un point B d'une seconde position angulaire connue serait inférieure à la vitesse instantannée réelle au point B et a fortiori inférieure à une vitesse instantannée que l'on peut extrapoler par calcul, qui serait la vitesse instantannée estimée au point d'allumage.

D'autres applications sont possibles par exemple on sait que l'avance à l'allumage prend aussi en compte une correction pour tenir compte de la dépression dans les tubulures d'admission. La valeur de cette dépression est donnée par un capteur 14 de dépression représenté figure 1.

L'information de dépression est introduite dans le calculateur 2 et prise en compte de façon connue pour régler l'avance nécessaire compte tenu du régime moteur et de la depression.

Par l'analyse régulière de la courbe de la position du moteur en fonction du temps il est espéré affiner le positionnement de l'avance par l'observation des irrégularités de la vitesse de rotation créées en cas de cliquetis du moteur.

De tels cliquetis peuvent se manifester par exemple en cas de changement de qualité du carburant ou en cas de dépression due à l'altitude, par exemple en montagne.

Les calculs sont de préférence effectués en numérique par échantillonnage de la courbe mais il n'est pas exclu de les faire en analogique si après étude il s'avère que cette dernière possibilité présente des avantages du point de vue du prix ou de la vitesse de calcul.

Claims (5)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif de détermination d'un instant pour le déclenchement de l'allumage des bougies d'un moteur à explosion, le dispositif comportant un capteur de la vitesse de rotation du moteur délivrant une information permettant de connaître la vitesse du moteur, des moyens de calcul (2) permettant à partir de cette vitesse de déterminer un instant d'allumage correspondant à une avance angulaire à l'allumage, les moyens de calcul (2) commandant des moyens de création d'une haute tension au niveau d'une bougie d'allumage, dispositif caractérisé en ce que le capteur est un capteur (1) délivrant sur une partie au moins de chaque tour du moteur une valeur d'une grandeur électrique, la valeur délivrée étant une fonction biunivoque de la position angulaire du moteur et en ce que le calculateur (2) délivre une valeur de ladite grandeur électrique qui est égale à la valeur angulaire délivrée par le capteur lorsque le moteur se trouve dans la position correspondant à l'avance angulaire calculée.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la valeur délivrée par le capteur est reçue par un organe de comparaison (3), ayant deux entrées (4, 5) une première et une seconde, et une sortie (6), cette valeur étant reçue sur la première entrée de l'organe de comparaison (3), la seconde entrée recevant la valeur en sortie du capteur (1), la sortie (6) de l'organe de comparaison (3) ne portant un signal d'allumage que si les deux valeurs en entrée sont égales.
3. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le calculateur (2) enregistre en permanence la valeur en sortie du capteur de position (1) et en ce qu'il est effectué un traitement de cet enregistrement pour en déduire une position d'allumage.
4. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre un capteur de dépression d'admission (14), mesurant une valeur de dépression dans une tubulure d'admission du moteur, cette valeur étant reçue par le calculateur (2) et traitée pour en déduire une position angulaire d'allumage prenant en compte le régime moteur et la valeur de la dépression.
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le capteur est un capteur sans contact électrique entre une partie toumante du capteur entrainée par le moteur et une partie fixe du capteur.