Projet tutoré Delco-Logique Allumage électronique intégral programmable pour véhicule ancien Réalisé par : Mickael GUIBBERT Yoann PARRA José PEREZ Olivier PISTRE et tutoré par : Pascal ACCO Martin AIME Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Plan de la présentation Introduction à l’allumage classique Technologie du Delco-Logique Modules de commande Modules de puissance Réalisation pratique et résultats Analyse critique du Delco-Logique Conclusion - Bilan du projet Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Introduction à l’allumage classique LE MOTEUR 4 TEMPS +Présenter comment fonctionne un allumage classique : Parler des notions essentielles pour comprendre le projet Justifier la création de notre allumage électronique +Principe du moteur à combustion interne : utiliser l’explosion d’un carburant pour propulser un piston. +4 temps - Le piston descend et aspire un mélange air-essence Il remonte et comprime le mélange. On produit une étincelle qui déclenche une explosion : les gazs se détendent et poussent le piston vers le bas Puis le piston remonte et évacue les gazs brulés L’allumage : enflammer le mélange air-essence en fin de compression Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Introduction à l’allumage classique COMPOSITION Batterie Bobine = Transformateur Allumeur DELCO = Rupteur+Distributeur L’allumage d’origine sur la Super 5 : allumage mécanique (production + distribution étincelle mécanique) + Batterie => source d’énergie électrique + Bobine = Transformateur Elevateur de tension + Allumeur : (DELCO) : composé de 2 ensemble distincts: - Rupteur = 2 linguets (vis platinées) et un arbre à cames entrainé par la moteur qui peut venir ouvrir ou fermer le contact - Distributeur = doigt métallique entrainé par l’arbre moteur, qui passe devant des plots conducteurs fixés sur un tête + Bougies : élément qui va créer l’étincelle Bougies Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Introduction à l’allumage classique FONCTIONNEMENT Charge du circuit primaire Rupture au primaire : surtension 250V Rupture au secondaire : surtension 15 000 V + Rupteur fermé : on établit un courant dans le circuit primaire, qui vient charger le noyau magnétique du transformateur + Le moteur tourne : l’arbre à cames vient ouvrir le circuit primaire : on se retrouve donc avec une brusque variation de flux dans le transformateur et donc on crée un pic de tension au circuit primaire (environ 250V) +Le transformateur élève ce pic de tension et on se retrouve avec une surtention de 15 000 V au secondaire. + Ensuite le doigt qui tourne va distribuer ce courant HT à la bougie correspondante en passant devant les différents plots conducteurs de la tête + Enfin, au niveau de la bougie, le courant produit un arc électrique entre les 2 électrodes qui vient enflammer le mélange Distribution Eclatement Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Introduction à l’allumage classique L’AVANCE A L’ALLUMAGE Temps de propagation du front de combustion Déclencher l’étincelle avant le PMH (avance initiale : 10° ) Avance à l’allumage variable en fonction de : Vitesse moteur Charge moteur Avance à l’allumage On sait que quand on déclenche l’étincelle, le front de l’explosion met un certain temps à parcourir la chambre de combusion pour atteindre le piston. Il faut donc qu’on déclenche l’allumage légèrement en avant le PMH du piston. L’avance initiale (au ralentit) c’est environ 10° et on peut aller jusqu’à 40 ou 50°. Sans rentrer trop dans les détails, on sait que l’avance elle doit varier en fonction de 2 paramètres : La vitesse de l’arbre moteur et la charge du moteur, c’est à dire le taux de remplissage de la chambre de combustion Ce paramètre de l’avance, il est géré par une solution mécanique sur la Super 5 : c’est un système d’avance centrifuge et un système d’avance à dépression qui permettent de déclencher l’allumage au bon moment Gérée mécaniquement sur la Super 5 Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Introduction à l’allumage classique INCONVENIENTS Fiabilité : Contact électrique imparfait Démarrage difficile Nécessite un bon réglage Usure du rupteur : Mécanique Fort courant détériorant les linguets (3A) Entretien / Réglage Système d’allumage d’origine mécanique => un certain nombre d’inconvénients Tout d’abord la fiabilité : c’est la qualité du contact électrique au niveau du rupteur qui détermine la qualité de l’étincelle. Donc si le contact électrique est imparfait, on va avoir une étincelle de mauvaise qualité, et donc on va avoir du mal à démarrer, surtout par temps froid ou humide Ensuite c’est un système qui doit etre extremement bien réglé au niveau de l’écartement des linguets. Leur écartement qui détermine la qualité de l’étincelle et l’instant de rupture. C’est aussi un système qui s’use beaucoup. On a une usure mécanique due aux vibrations, aux frottements, etc. mais aussi une usure électrique, Puisqu’il circule des courants de plusieurs ampères entre les linguets, ce qui les détériore -> réglage tous les 15000km et changemetn tous les 50000km Enfin c’est un système qui est pas optimal en terme d’énergie D’une part, comme l’étincelle n’est pas de qualité optimale, la combustion n’est pas complète et donc on consomme plus d’essence que ce qu’on devrait D’autre part, le temps de charge de la bobine est inversement proportionnel a la vitesse de rotation du moteur et donc à bas régime, on utilise inutilement la batterie pour produire l’étincelle. Donc on final, on se rend compte qu’un allumage mécanique a beaucoup d’inconvenients, et on va voir qu’on peut améliorer l’allumage en réalisant une commande électronique programmable. Surconsommation d’énergie : Carburant Electricité Surconsommation Usure batterie Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Technologie du Delco-Logique COMPOSITION Batterie 4 Bobines Bougies Rupteur + Distributeur Rupteur électronique Microcontrôleur Sécurité Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Technologie du Delco-Logique PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT Paramètres d’allumage fournis au µ-contrôleur Traitement des données par un programme Commande des rupteurs Eclatement des bougies Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

ACQUISITION DES PARAMETRES D’ALLUMAGE Information : bougie à allumer Modules de commande ACQUISITION DES PARAMETRES D’ALLUMAGE Information : bougie à allumer Capteur = photo-détecteur réflectif IR Implantation Chaîne d’acquisition : Doigt de distributeur Réflecteur 1 tour de Delco t Tête de Delco Passage devant un capteur Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

ACQUISITION DES PARAMETRES D’ALLUMAGE Information : instant de rupture Modules de commande ACQUISITION DES PARAMETRES D’ALLUMAGE Information : instant de rupture Aucun capteur : récupération directe de l’état du rupteur Chaîne d’acquisition : 1/4 tour de Delco t Instant de rupture Ouverture du rupteur Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

ACQUISISTION DES PARAMETRES D’ALLUMAGE Mise en place des capteurs Modules de commande ACQUISISTION DES PARAMETRES D’ALLUMAGE Mise en place des capteurs Capteur IR Connecteur Réflecteur Doigt de distributeur Tête de Delco : vue de dessous Tête de Delco : vue d’ensemble Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Modules de commande PROGRAMME DsPIC 30F6012/Mplab IDE v.8.0 Interruptions externes des signaux venant des capteurs de la tête de delco: INT1, INT2, INT3, INT4 Instant de rupture: interruption externe de INT0 (signal venant du rupteur) Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

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Modules de commande PROGRAMME Bon comportement en simulation, mais: Difficultés rencontrées: conflits d’interruptions sur le système réel on doit effectuer une séquence d’allumage bien commandée sur 2 ou 3 tours du moteur => Programme plus simple en réel Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Modules de commande PROTECTION CONTRE LES COURT CIRCUITS Principal risque lié à l’emploi de l’allumage Delco-Logique ? Charge trop longue d’une bobine Batterie en court-circuit 2 solutions embarquées PROTECTION CONTRE LES COURT CIRCUITS Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Modules de commande & PROTECTION CONTRE LES COURT CIRCUITS Protection logique: fonctionnement normal Protection logique: mise en sécurité µC & Monostable Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Modules de commande PROTECTION CONTRE LES COURT CIRCUITS Limites de la protection logique ? Composants détruits en aval de la sécurité Sécurité ne fonctionnant plus Problème critique Solution physique: Fusible entre la batterie et l’étage de puissance PROTECTION CONTRE LES COURT CIRCUITS Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Modules de puissance DECOUPLAGE OPTIQUE Lien entre la partie logique et puissance 2 fonctions: Protéger le DsPIC en cas de disfonctionnement de l’étage de puissance Eviter des problèmes de Compatibilité ElectroMagnétique DECOUPLAGE OPTIQUE Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Modules de puissance DRIVERS D’IGBT Fonction: Permettre une commutation rapide des IGBT DRIVERS D’IGBT Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Modules de puissance IGBT Fonction: Assurer une rupture franche au primaire des bobines IGBT Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Réalisation pratique et résultats OSCILLOGRAMME VGS ET VDS Charge bobine 5ms Maintien Amortissement Ligne d’étincelage Surtension au primaire 400V VDS VGE IGBT passant IGBT bloqué: rupture Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Réalisation pratique et résultats REALISATION DES CARTES 2 cartes assemblées 1 carte de commande 1 carte de puissance Encombrement réduit Tests facilités Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Réalisation pratique et résultats MISE EN PLACE SUR LA VOITURE Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Analyse critique du Delco-Logique AVANTAGES Allumage électronique intégral : Qualité d’étincelle constante Meilleure fiabilité au démarrage Pas d’usure Pas d’entretien Consommation d’essence réduite Moins de Pollution Allumage électronique intégral : Ce n’est plus un système mécanique qui produit l’étincelle: toujours la meme qualité d’étincelle Moins de difficultés a démarrer Pas d’usure : plus aucune pièce mécanique Etincelle de meilleure qualité (+ franche, une tension + haute, + longue) Meilleure combustion : -on réduit la consommation d’essence On rejette moins de gazs imbrulés (aussi polluant que le CO2) Le temps de charge pour produire l’étincelle n’est plus déterminé mécaniquement, et on n’utilise que l’énergie électrique nécessaire, ce sui permet d’économiser la batterie Etincelle de meilleure qualité Meilleure Combustion Temps de charge fixe et optimal Economie batterie Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Analyse critique du Delco-Logique AMELIORATIONS POSSIBLES Encombrement Autonomie Fiabilité Encombrant : une bobine par bougie : cher, lourd. Une amélioration possible : montage à étincelle perdue : une bobine pour 2 bougie : on déclenche l’étincelle en fin de compression et en fin d’échappement. Pas autonome : découplage optique -> 2 sources découplées : pile 9V Systeme d’alimentation découplé découplé qui rende le produit autonome Un système électronique complexe et qui utilise du logiciel : on est pas à l’abri d’une panne Fiabiliser le code, les composants Une autre amélioration possible, c’est pouvoir gérer l’avance à l’allumage logiciellement (capteurs de position moteur) ce qui permettrai d’économiser du carburant . -> Courbes d’allumage optimal, mesures précises Gestion logicielle de l’avance à l’allumage Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Conclusion Compétences électroniques: Capteurs Circuits de commande, de puissance Routage, connectique Microcontrôleur Gestion de projet: Gestion du temps Organisation des tâches Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008

Merci de votre attention Questions Projet tutoré Delco-Logique - 4 AE - INSA Toulouse 11 juin 2008