IT8519609A1 - Dispositivo variatore di anticipo di accensione per un motore a combustione interna, impiegante microprocessore - Google Patents

Description

"Dispositivo variatore ci anticipo di accensione per un motore a combustione interna, impiegante microprocessore".

RIASSUNTO

In un dispositivo variatore di anticipo di accensione per un motore a combustione interna, utilizzante un microprocessore, ad ogni giro dell'albero motore vengono inviati al microprocess?re un primo ed un secondo segnale in sequenza corrispondenti al massimo e minimo anticipo di accensione; all'arrivo del primo segnale il microprocessore calcola il dato di anticipo in funzione del numero di giri dell'albero motore nell'unit? di tempo ricavato sulla base del tempo che intercorre tra questo primo segnale ed il secondo segnale del giro precedenteted in funzione della posizione dell'organo di regolazione dell'alimentazione del motore, e comanda 1'accensione con l'anticipo calcolato? il secondo segnale determina, per motivi di affidabilit? e sicurezza, la disabilitazione delle uscite del microprocessore e l'inizializzazione del microprocessore stesso.

DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne un dispositivo variatore di anticipo di accensione per un motore a combustione interna ad accensione comandata, nel quale il pilotaggio dell'accensione ? effettuato da un microprocessore.

E' noto come il motore ad accensione comandata, sia con ciclo quattro tempi sia con ciclo due tempi, richieda per il funzionamento che la scintilla che garantisce l'accensione della carica carburata avvenga con un certo.anticipo rispetto al punto morto superiore durante la fase di compressione.

E' parimenti noto come per poter otten?re da un motore le prestazioni ottime sarebbe necessario, punto per punto, disporre di un valore di anticipo appropriato. Dispositivi operanti in tale senso sono gi? stati realizzati sia in forma approssimativa, anticipi di accensione con variazione meccanica e attuazione di tipo centrifugo e pneumatico., sia in forma completa con l'impiego di dispositivi controllati da microprocessore. In questi ultimi dispositivi in base ai due parametri di funzionamento del motore ovvero carico richiesto e regime di rotazione, viene scelto in una tabella memorizzata il valore dell'anticipo di accensione ottimo per quelle condizioni.

I dispositivi variatori di anticipo noti impieganti microprocessori, teoricamente validi, rivelano per? in pratica una non elevata affidabilit? e sicurezza di funzionamento.

Ad esempio un qualsiasi disturbo di natura elettrica che colpisce il microprocessore pu? causare la decerebrazione e quindi il malfunzionamento di quest'ultimo, con ovvie conseguenze.

Scopo della presente invenzione ? appunto di proporre un dispositivo variatore di anticipo? di accensione per un motore a combustione interna, utilizzante un microprocessore, il quale abbia un'alta affidabilit? e sicurezza di funzionamento.

Tale scopo viene raggiunto realizzando un dispositivo variatore di anticipo di accensione per un motore a combustione interna munito di un organo di alimentazione operante tra una posizione di minima ed una posizione di massima alimentazione, un albero motore ed almeno una candela per l'accensione, detto dispositivo fornendo alta tensione alla candela con un anticipo funzione del numero di giri dell'albero motore per unit? di tempo e della posizione dell'organo di alimentazione, caratterizzato dal fatto di comprendere :

- un generatore collegato,all'albero motore, il quale genera un primo e un seconda segnale in sequenza ad ogni giro dell'albero motore per ogni candela, detti primo e secondo segnale individuando rispettivamente il massimo e minimo anticipo di accensione;

- un separatore collegato al generatore, il quale separa i. suddetti primo e secondo segnale e li invia su due corrispondenti uscite distinte;

- mezzi di rilevamento della posizione dell'organo di regolazione dell'alimentazione, che trasformano in una grandezza elettrica il valore di posizione.dell'organo di regolazione dell'alimentazione;

- un microprocessore dotato di un'unit? centrale di elaborazione includente un primo ed un secondo contatore, e dotato inoltre di unit? di memoria contenenti i programmi di calcolo dell'unit? centrale di elaborazione ed i dati di anticipo in funzione del numero di giri dell'albero motore per unit? di tempo e della posizione dell'organo di regolazione dell'alimentazione, detta unit? centrale di elaborazione e dette unit? di memoria essendo collegate tra di loro ed a detti mezzi di rilevamento, detta unit? centrale di elaborazione avendo un primo ingresso, di "interrupt", connesso all'uscita del separatore relativa al primo segnale, attraverso il quale si arresta,con il primo segnale^ il primo contatore, detto primo contatore fornendo un dato di conteggio tra il detto primo segnale ed il secondo segnale del giro precedente, detto dato di conteggio essendo corrispondente al numero di giri per unit? di tempo dell'albero motore, detta unit? centrale di elaborazione avendo inoltre un secondo ingresso^di "reset", connesso all'uscita del separatore relativa al secondo segnale, attraverso il quale si inizializza l'unit? centrale di elaborazione stessa, si disabilitano le uscite del microprocessore, e si carica il secondo contatore di quest'ultima, detta unit? centrale di elaborazione essendo atta a calcolare il dato del numero di giri per unit? di tempo tramite il primo contatore ed il dato della posizione dell'organo di regolazione dell'alimentazione ?del motore tramite i mezzi di rilevamento, a ricavare i corrispondenti dati di anticipo dalle unit? di memoria e a comandare con il tempo di anticipo corrispondente contato tramite il secondo contatore l'emissione di un segnale di pilotaggio;

- un generatore di alta tensione connesso alla suddetta uscita di pilotaggio del microprocessore, atto a fornire alta .tensione alla candela su comando del suddetto segnale di pilotaggio.

Per meglio comprendere le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione viene di seguito riportata una descrizione di una sua realizzazione esemplificativa non limitativa illustrata nell'unica tavola da' disegno allegata nella quale ? mostrato schematicamente un dispositivo variatore di anticipo di accensione secondo l'invenzione applicato ad un motore a combustione interna monocilindrico ad 'accensione comandata, ad esempio un motore di un motorscooter, alimentato tramite carburatore.

Il dispositivo variatore illustrato prevede un generatore, complessivamente indicato con 10, il quale genera un primo segnale .impulsivo I di un segno ed un secondo segnale impulsivo I di segno opposto in sequenza ad ogni giro dell'albero motore del motore a combustione interna. Il generatore 10 comprende un magnete volano 11 rigidamente collegato in rotazione all'albero motore, .il quale porta perifericamente un unico magnete 12. Ad ogni giro dell?albero motore il magnete 12 passa in corrispondenza di una bobina 13 ed. induce in essa la coppia di sognali impulsivi (di tensione) I e I di segno opposto.

La bobina 13 ? collegata ad un separatore 14, il quale separa i due segnali impulsivi I e 1^ e li invia su due corrispondenti uscite distinte.

Il separatore 14 ? collegato ad un microprocessore 15. Il microprocessore 15 comprende sostanzialmente un'unit? centrale di elaborazione 16 che include un primo ed un secondo contatore, delle unit? di memoria indicate per semplicit? con un unico blocco 17, un'unit? di ingresso/uscita 13 ed un temporizzatore 19. Tutti questi elementi sono collegati tra di loro.

Le due uscite del separatore 14 sono collegate a due rispettivi ingressi del microprocessore 15 ' a loro volta collegati all'unit? centrale di elaborazione 16. In particolare, l'uscita del separatore 14 relativa al segnale impulsivo 1^ ? collegata ad un ingresso 20, di "interrupt", del microprocessore mentre l'altra uscita del separatore 14 relativa al segnale impulsivo 1^ ? collegata ad un ingresso 21, di "reset", del microprocessore.

Con l'arrivo del primo segnale impulsivo 1^ all'ingresso 20 di "interrupt" si verifica nel microprocessore 15 quanto segue :

- si arresta.il primo contatore dell'unit? centrale di'elaborazione 16;

- si avvia il temporizzatore 19;

- si inizia il decremento del secondo contatore dell'unit? 16.

Con l'arrivo del secondo segnale impulsivo I2 all?ingresso 21 di "reset" si verifica nel microprocessore 15 quanto segue:

- si inizializza l'unit? centrale dielaborazione 16;

- vengono disabilitate le uscite del microprocessore;

- si carica il secondo contatore dalla suddetta unit? 16;

- si avvia il primo contatore dalla suddetta unit? 16.

L'unit? di ingresso/uscita 16 ed il temporizzatore 19

sono collegati ad un circuito ritardatore esterno. Il circuito ritardatore comprende una bobina 22 ed un condensatore 23. All'interno della bobina 22 corre un nucieo ferromagnetico mobile 24 azionato da un organo di regolazione dell'alimentazione del motore costituito dalla valvola del

carburatore che regola l'afflusso di miscela alla camera di combustione del motore. Nell?esempio illustrato la valvola suddetta ? una valvola a saracinesca 25 che si muove nel corpo 26 del carburatore nella direzione della freccia doppia F cos? da regolare il flusso di miscela attraverso un condotto 27 del corpo 26 in comunicazione con la camera di combustione del motore; la valvola'25 ? rigidamente connessa al nucleo 24, in modo che ad uno spostamento della valvola lungo il proprio asse corrisponde un pari spostamento del nucleo lungo il proprio asse all'interno della bobina 22. Come ben noto agli esperti in materia, ad una variazione della posizione del nucleo 24 nella bobina 22 corrisponde una variazione della riluttanza del circuito ritardatore suddetto.

Le due,uscite del separatore 14 sono anche collegate all'ingresso di un flip-flop 28. L'uscita del separatore 14 relativa al segnale impulsivo 1^ ? inoltre collegata ad un ingresso di una porta logica OR indicata con 29.

L'altro ingresso della porta 29 ? collegato con un'uscita dell'unit? di ingresso/uscita 18 del microprocessore 15.

L'uscita del flip-flop 28 e l'uscita della porta 29 sono connesse con l'uno e l'altro rispettivamente dei due ingressi di una porta logica AND indicata con 30.

L'uscita della porta 30 ? collegata all'ingresso di un "buffer" 31. L'uscita del "buffer" 31 ? collegata ad un generatore di alta tensione 32 a scarica capacitiva che

alimenta l'unica candela 33 del motore monocilindrico (il

generatore 32 ? illustrato con un blocco tratteggiato

racchiudente alcuni simboli inerenti).

Il microprocessore 15 ? alimentato dal magnete volano

11 stesso attraverso un altro indotto, distinto dalla.bobina

13, che invia il segnale in tensione al microprocessore

attraverso un raddrizzatore-stabilizzatore 34.

Di seguito viene descritto il funzionamento del

dispositivo variatore di anticipo sopra descritto.

Viene premesso che il magnete 12 si trova in una

posizione angolare rispetto all'albero motore tale che i

segnali impulsivi e I da esso indotti sulla bobina 13

individuano un intervallo di tempo entro il quale deve

avvenire l'accensione cosicch? il segnale impulsivo I cor?

risponde al massimo anticipo ed il segnale impulsivo I

corrisponde al minimo anticipo.

Viene premesso inoltre che nelle unit? di memoria 17

sono contenuti il programma dell'unit? centrale di elabora?

zione 16, ed inoltre i dati di anticipo in funzione del ?

numero di giri dell'albero motore per unit? di tempo e della

posizione della valvola 25 sotto la forma che si vedr? in

seguito.

Quando l'albero motore e quindi il magnete volano 11

cominciano a ruotare solidalmente, al passaggio del magnete 12 in corrispondenza della bobina 13 si genera la prima coppia di segnali impulsivi I e I^. Il segnale impulsivo I azzera e avvia il temporizzatore.mentre il segnale impulsivo I inizializza l'unit? 16,disabilita le uscite del microprocessore, carica il secondo contatore con un dato ricavato dalle unit? 17, e avvia il primo contatore.

Al successivo passaggio del magnete 12 in corrispondenza della bobina 13, la successiva coppia di segnali impulsivi I ? I determina quanto segue.

Viene interrotto il funzionamento del primo contatore tramite il segnale impulsivo stesso I , e un dato corrispondente al numero di giri dell'albero motore nell'unit? di tempo viene cos? ad essere memorizzato nel contatore stesso; viene dato ordine all'unit? di ingresso/uscita 18 di inviare un segnale impulsivo al circuito ritardatore sopra descritto e viene azzerato ed avviato il temporizzatore 19.Questo segnale impulsivo, come indicato dalla freccia in figura, parte dall'unit? 18, percorre il circuito e ritorna al temporizzatore 19 fermandolo. Il tempo di ritardo segnalato dal temporizzatore 19, ? come noto agli esperti del ramo, funzione della riluttanza del circuito, la quale varia in funzione della posizione del nucleo 24 rispetto alla bobina 22 e quindi nella posizione di regolazione della valvola 25. Perci? nel registro del temporizzatore 19 si deposita un dato corrispondente alla posizione della valvola 25 ovvero dell'organo di regolazione dell'alimentazione del motore. Nel contempo l'unit? 16 tramite il decremento del secondo contatore, determina l'istante di tempo in cui deve scoccare la scintilla di accensione e in quell'istante d? ordine all'unit? 18 di inviare un segnale impulsivo di comando al generatore 32.

Questo segnale impulsivo di comando attraversa le porte 29 e 30 e tramite il buffer 31 giunge con l'opportuna potenza al generatore 32. Il passaggio del segnale di comando attraverso la porta 30 ? autorizzato dal segnale impulsivo I che abilita tramite il flip-flop 23 la porta stessa.

Se per qualsiasi motivo il microprocessore 15 non fornisce alcun segnale di comando, ? assicurata l'accensione con l'anticipo minimo tramite il segnale impulsivo I che attraversa la porta 29, la porta 30 abilitata dal segnale impulsivo I til buffer 31 e pilota il generatore 32. All'arrivo del segnale impulsivo I l'unit? 16 viene inizializzata e le uscite disabilitate; l'unit? 16 stessa legge quindi nelle unit? di memoria 17 il dato di anticipo relativo ai due dati corrispondenti al numero di giri dell'albero motore per unit? di tempo ed alla posizione della valvola 25 e carica questo dato nel secondo contatore; dopo di che l'unit? 16 avvia il primo contatore tenendo anche conto del tempo di calcolo che ha dedicato all'operazione precedente.

Il segnale impulsivo I disabilita anche attraverso il

1

flip-flop 28, ovviamente con un piccolo ritardo la porta 30.

Al successivo giro dell'albero motore si ripete quanto descritto.

Si sottolinea il fatto che non si" ? entrati nei dettagli di struttura e funzionamento del microprocessore 15 in quanto al momento attuale ? di un tipo facilmente reperibile in commercio.

Il dispositivo variatore d? anticipo secondo l'invenzione qui descritto ed illustrato presenta diversi vantaggi.

Anzittutto ha un'alta affidabilit? e sicurezza di funzionamento .

Infatti, come detto prima, in caso di mancato funzionamento del microprocessore 15 viene sempre e comunque inviato al generatore di alta tensione 32 un segnale di comando con anticipo minimo.

Inoltre tra una coppia di segnali impulsivi I , e la coppia successiva, per effetto del segnale impulsivo I , ? impossibile che pervengano al generatore di alta^tensione 32 segnali spuri di comando, e quindi vi siano extrascir.tille d? accensione, poich? le uscite del microprocessore 15 seno disabilitate e per di pi? ? anche disabilitata la porta 30.

Sempre per effetto del segnale impulsivo I , se per un qualsiasi disturbo il microprocessore 15 si "decerebra", viene comunque ripristinato il suo corretto funzionamento ad ogni giro dell'albero motore; infatti il segnale impulsivo I essendo inviato all'ingresso di "reset" del microprocessore, inizializza il microprocessore 15 appunto ad ogni giro -dell'albero motore.

Vi ? da notare come tutto ci? si ottenga con una struttura assai semplice.

L'impiego, per rilevare la posizione dell'organo di regolazione dell'alimentazione del motore, del circuito ritardatore descritto contribuisce alla semplicit? della struttura di dispositivo variatore.

Infatti viene eliminata qualsiasi necessit? di conversione analogico-digitale, mentre nei dispositivi variatori di anticipo noti utilizzanti un microprocessore, il "dialogo" tra quest'ultimo ed i trasduttori di posizione dell'organo di regolazione dell'alimentazione dal motore avviene attraverso convertitori analogico-digitale, che ovviamente complicano la struttura ed il funzionamento del dispositivo variatore di anticipo.

E' chiaro che la presente realizzazione esemplificativa non pone limiti ad eventuali varianti e/o aggiunte.

Si pu? ad esempio semplificare ulteriormente il dispositivo descritto eliminando il flip-flop 28, la porta 30 ed i relativi collegamenti con le due uscite del separatore 14, senza che sia intaccata eccessivamente l'affidabilit? del dispositivo stesso.

RIVENDICAZIONI

1. Dispositivo variatore di anticipo di accensione per un motore a combustione interna munito di un organo di alimentazione operante tra una posizione di minima ed una posizione di massima alimentazione, un albero motore ed almeno una candela per 1?accensione, detto dispositivo fornendo alta tensione alla candela con un anticipo funzione del numero di giri dell'albero motore per unit? d? tempo e della posizione dell'organo di alimentazione, caratterizzato dal fatto di comprendere:

- un generatore collegato all'albero motore, il quale genera un primo e un secondo segnale in sequenza ad ogni giro dell'albero motore per ogni candela, detti primo e secondo segnale individuando rispettivamente il massimo e minimo anticipo di accensione;

- un separatore collegato al generatore, il quale separa i suddetti primo e secondo segnale e li invia su due corrispondenti uscite distinte;

- mezzi di rilevamento della posizione dell'organo di regolazione dell'alimentazione, che trasformano in una grandezza elettrica il valore di posizione dell'organo di regolazione dell'alimentazione;

- un microprocessore dotato di un'unit? centrale d? elaborazione includente un primo ed un secondo contatore, e dotato inoltre di unit? di memoria contenenti i programmi di calcolo dell'unit? centrale di elaborazione ed i dati di anticipo in funzione del numero di giri dell'albero motore per unit? di tempo e della posizione dell'organo di regolazione dell'alimentazione, detta unit? centrale di elaborazione e dette unit? di memoria essendo collegate tra di loro ed a detti mezzi di rilevamento, detta unit? centrale di elaborazione avendo un primo ingresso^ di "interrupt", connesso all'uscita del separatore relativa al primo segnale, attraverso il quale si arresta, con il primo segnale^ il primo contatore, detto primo contatore fornendo un dato di conteggio tra il detto primo segnale ed il secondo segnale del giro precedente, detto dato di conteggio essendo corrispondente al numero di giri per unit? di tempo dell'albero motore, detta unit? centrale di elaborazione avendo inoltre un secondo ingresso,di "reset", connesso all'uscita del separatore relativa al secondo segnale, 'attraverso il quale si inizializza l'unit? centrale di elaborazione stessa; si disabilitano le uscite del microprocessore,e si carica il secondo contatore di quest 'ultima, detta unit? centrale di elaborazione essendo atta a calcolare il dato del numero di giri per unit? di tempo tramite il primo,contatore ed il dato della posizione dell'organo di regolazione dell'alimentazione del motore tramite i mezzi di rilevamento, a ricavare i corrispondenti dati di anticipo dalle unit? di memoria e a comandare con il tempo di anticipo corrispondente contato tramite il secondo contatore l'emissione di un segnale di pilotaggio; - un generatore di alta tensione connesso alla suddetta uscita di pilotaggio del microprocessore, atto a fornire alta tensione alla candela su comando del suddetto segnale di pilotaggio.

2. Dispositivo variatore di anticipo secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di rilevamento comprendono un circuito ritardat?re, connesso ad un'uscita e ad un ingresso di detto microprocessore, includente una bobina ed un condensatore, con detta bobina essendo concatenato un nucleo ferromagnetico mobile con detto organo di regolazione dell'alimentazione del motore, essendo inoltre previsto nel microprocessore un temporizzatore, detta unit? centrale di elaborazione del microprocessore inviando al circuito ritardatore attraverso la relativa uscita del microprocessore un segnale e calcolando tramite il temporizzatore il tempo di ritardo con cui detto segnale ritorna al relativo ingresso del microprocessore, detto tempo di ritardo essendo proporzionale alla posizione dell'organo di regolazione dell'alimentazione.

3. Dispositivo variatore di anticipo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto generatore di un primo ed un secondo segnale comprende un magnete volano, solidale in rotazione all'albero motore, il quale trascina in rotazione un magnete che si concatena ad ogni giro dell'albero motore con una bobina fissa collegata a .detto separatore per generare una coppia di segnali impulsivi costituenti

Claims (1)

1. detti primo e secondo segnale.

   4. Dispositivo variatore di anticipo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui l'uscita del separatore relativa al secondo segnale ? anche collegata al generatore di alta tensione per-comandarlo a fornire alta tensione alla candela con minimo anticipo ad ogni giro dell'albero motore.

   5. Dispositivo variatore di anticipo secondo una'delle rivendicazioni precedenti, in cui l'uscita del separatore relativa al primo segnale ? collegata a mezzi di abilitazione che abilitano detta uscita -di pilotaggio del microprocessore su comando di detto primo segnale.

   6. Dispositivo variatore di anticipo secondo la rivendicazione 4, in cui l'uscita del separatore relativa al primo segnale ? collegata a mezzi di abilitazione che abilitano detta .uscita di pilotaggio del microprocessore e che consentono il collegamento tra l'uscita del separatore relativa al secondo segnale e il generatore di alta tensione su comando di detto primo segnale.

   7. Dispositivo variatore di anticipo secondo le rivendicazioni 5 e 6, in cui detti mezzi, di abilitazione comprendono una porta logica.

   8. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui detto organo di regolazione dell'alimentazione del motore ? una valvola di' un carburatore connessa cinematicamente a detto nucleo ferromagnetico.