EP1747367A1 - Procede et systeme pour le pilotage universel de moteur a combustion interne sur banc d'essais moteur - Google Patents
Procede et systeme pour le pilotage universel de moteur a combustion interne sur banc d'essais moteurInfo
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- EP1747367A1 EP1747367A1 EP05771011A EP05771011A EP1747367A1 EP 1747367 A1 EP1747367 A1 EP 1747367A1 EP 05771011 A EP05771011 A EP 05771011A EP 05771011 A EP05771011 A EP 05771011A EP 1747367 A1 EP1747367 A1 EP 1747367A1
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Definitions
- the present invention relates to a method and an associated system comprising an electronic card called TIMER PCI for universal control of any type of internal combustion engine, 2 or 4 stroke, petrol (mono and multi-spark), diesel (mono and multi -injections) according to an extended distribution up to four cylinders per card.
- TIMER PCI electronic card
- the control of an engine was done, either by using commercial computers dedicated to a general public use whose exploitation is limited to the engine operating domain defined by the car manufacturer, or by using equipment specific control of R&D engine test benches used by automotive suppliers to develop all engine control strategies and whose operation is limited to one automobile brand.
- the device and the method according to the invention have the advantages of having a universal control means of any type of engine independently of the automobile manufacturer and / or the associated equipment manufacturer and offering a means of exploitation. open to all perspectives for the development of engine control strategies by relying on the growing power of PC compatible microcomputers.
- the present invention relates to a method for controlling an internal combustion engine comprising at least one actuator linked to an operating member of said engine, an electronic card comprising a FPGA programmable logic component, means for synchronizing said card by engine cycle function.
- the following steps are carried out: - said component generates an angular reference point in the engine cycle for each of the cylinders, - the component generates control pulses of an actuator, said pulses being configurable by phase and duration, independent and attached to the same cylinder, - said pulses are multiplexed to distribute them on at least one of the physical outputs of the card specific for the cylinder in question, - at least one of the actuator linked to one of the physical outputs of the card specific for the cylinder in question, by at least one of the control pulses.
- the pulses can be distributed in any order on one or more outputs.
- -synchronization- maybe- obtained from -d ! at least !
- the invention also relates to a system for controlling an internal combustion engine, comprising at least one actuator linked to an operating member of said engine, an electronic card comprising a FPGA programmable logic component, means for synchronizing said card by engine cycle function.
- the component comprises means programmed to: - generate an angular reference point in the engine cycle for each of the cylinders, - generate control pulses of an actuator, said pulses being configurable in phase and in duration, independent and attached to a cylinder, - multiplexing said pulses to distribute them on at least one of the specific physical outputs for the cylinder in question, - controlling at least one of the actuators connected to one of the specific physical outputs for the cylinder in question , by at least one of the control pulses.
- the synchronization means can comprise: for a 2-stroke engine, at least one of the following sensors: an angular encoder, a vehicle target 58X on the engine crankshaft.
- the actuator can be: an injector, a spark plug, an electromagnetic valve control, a LASER camera shot. At least eight control pulses can be generated per cylinder. There can be at least four physical outputs specific to each cylinder.
- FIG. 1 shows an engine 2 controlled using a computer 1 of the PC type which comprises an electronic card 3 of the TIMER PCI type.
- the system is synchronized with the signals of an angular coding system 9.
- the coding system can either be an angular coder delivering “top tour” information and “top angular” information with a resolution equal to 1 ° V, 1 / 2 ° V, 1/5 ° V or 1/10 ° V knowing that the symbol "V” indicates "crankshaft degree", ie a vehicle target of type "58X”, that is to say with 60 resolution teeth 6 ° V of which 2 consecutive teeth are absent) fixed on the crankshaft of the engine 2.
- a second synchronization sensor 10 linked to the camshaft makes it possible to recognize the revolution of the reference cylinder (traditionally the cylinder n ° l) for a four-stroke engine whose cycle
- the TIMER PCI card is in the standard format of the PCI bus of a PC compatible microcomputer. It is responsible for generating the actuator control pulses (for example in FIG. 1: the fuel injectors 7, the spark plugs 6) via dedicated power interfaces, for example a spark generator 4 by a multi-conductor 13 or an injection power interface 11 by a multi-conductor 8, themselves connected to the card by a multi-conductor 5.
- the TIMER PCI card essentially consists of a programmable logic component of FPGA (Field Programmable Gate Array) type, a component providing the interface with the PCI bus of the PC-compatible microcomputer, circuits ensuring the galvanic isolation of inputs / outputs and circuits providing the necessary power supplies.
- FPGA Field Programmable Gate Array
- the FPGA component contains all the functionalities carried out by the TIMER PCI card. They are described in VHDL (Very High Speed Integrated Circuit "VHSIC" Hardware Description Language). The organization of these functionalities constitutes the heart of the present invention. It can generate up to 8 control pulses per cylinder per engine cycle, for a 2 or 4 stroke petrol or diesel engine up to 4 cylinders.
- This architecture is based on taking into account 4 complex logic synchronization inputs from, on the one hand, an angular coding system of the engine crankshaft such as an angular encoder or a 58X vehicle target, and, on the other hand, d '' AAC (Camshaft) sensor of any type. It allows to control 16 complex logic outputs galvanically isolated (mass decoupling) for the generation of control pulses (4 outputs per cylinder) -Each-control-pulse-is configured for each motor cycle by phasing and duration . The phasing is always expressed in crankshaft degree "° V" according to a selected angular precision (1 ° V, 1/2 ° V,
- the duration can be expressed in crankshaft degree "° V" according to a selected angular precision (1 ° V, 1/2 ° V, 1/5 ° V or 1/10 ° V) or according to a selected temporal precision expressed in microseconds ( microseconds).
- the object of this invention resides in the concept of the organization of the VHDL functionalities of the FPGA component of the TIMER PCI card. It allows to pilot universally any type of 2 or 4 stroke engine, petrol or diesel, multi-injection or multi-spark according to an arrangement of 1 to 4 cylinders per TIMER PCI card. Several TIMER PCI cards can be combined to meet a higher cylinder arrangement. The adopted concept associates with each cylinder a specific reference called
- FIG. 2 shows a block diagram of the FPGA component which explains the concept adopted. It is broken down into four completely identical sub-assemblies (from cylinder 1 to cylinder 4). Each of these block diagrams is composed of: - a generation (GEN-PMH) of a TDC specific to the cylinder considered (PMH1,
- E4 58X vehicle target signal input (60-tooth wheel, 2 consecutive teeth of which are missing).
- Fxy representing an internal signal characterized by the presence of a pulse defined by a phasing and a duration per engine cycle on the cylinder considered x, y from 1 to 8.
- Said pulse is characterized by the combination of two parameters: the "phasing” which designates the angular position of the start or end of the actuator control on the motor cycle considered, the “duration” which designates, from the “ phasing "above, the instant in which the actuator control stops on the engine cycle in question.
- FIG. 3 shows an example of generation of a signal SU combination of the signals Fi l, FI 2, F13 and F14 on the frame of reference PMH1 corresponding to the cylinder 1.
- the frame of reference-PMHl- is- formed from the references E2 (AAC ) and E3 (Top-tour) -
- Example 1 piloting a traditional 4-stroke 4-stroke petrol engine. This engine is controlled by the control of 4 ignition coils and 4 injectors. Each of these 8 actuators requires the provision of a logic output from the TIMER PCI card. Finally, each of these 8 outputs logic must present an elementary command pulse characterized by the configuration of its phasing and its duration.
- the software configuration of the TIMER PCI card from the PC compatible microcomputer will therefore consist of generating two pulses per cylinder and assigning each of these two pulses to a separate logic output. Thus, the control of the considered engine could have been achieved without any hardware modification of the card
- Example n ° 2 piloting a 4-cylinder diesel engine, 4-stroke common rail with multiple injections (8 injections per engine cycle). This engine is controlled by the control of 4 injectors.
- each of these four actuators requires the provision of a logic output from the TIMER PCI card.
- each of these 4 logic outputs must have a set of 8 elementary control pulses characterized by the configuration of their phasing and their duration.
- the software configuration of the TIMER PCI card by the PC-compatible microcomputer will therefore consist in generating 8 pulses per cylinder and in assigning the set " of these- eight- pulses- on-1— single-logic-output— Thus, the control of the considered engine could have been achieved without any hardware modification of the TIMER PCI card.
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Abstract
Ainsi, la présente invention concerne système et un procédé de pilotage universel d'un moteur à combustion interne (2) comprenant au moins un actionneur lié à un organe de fonctionnement dudit moteur, une carte électronique (3) comprenant un composant de logique programmable FPGA, des moyens de synchronisation (9, 10) de ladite carte en fonction du cycle moteur. Selon le procédé, on effectue les étapes suivantes: - on génère dans ledit composant, un point de référence angulaire dans le cycle moteur pour chacun des cylindres, - on génère par le composant des impulsions de commande d'un actionneur, lesdites impulsions étant paramétrables en phase et en durée, indépendantes et rattachées à un même cylindre, - on effectue un multiplexage desdites impulsions pour les distribuer sur au moins l'une des sorties physiques de la carte spécifiques pour le cylindre considéré, - on commande au moins l'un des actionneurs lié à l'une des sorties physiques de la carte spécifiques pour le cylindre considéré, par au moins une des impulsions de commande.
Description
PROCEDE ET SYSTEME POUR LE PILOTAGE UNIVERSEL DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE SUR BANC DΕSSAIS MOTEUR
La présente invention concerne un procédé et un système associé comprenant une carte électronique dénommée TIMER PCI permettant de piloter de manière universelle tout type de moteur à combustion interne, 2 ou 4 temps, essence (mono et multi-étincelles), diesel (mono et multi-injections) selon une distribution étendue jusqu'à quatre cylindres par carte. Jusqu'à présent, le pilotage d'un moteur se faisait, soit en utilisant des calculateurs du commerce dédiés à un usage grand public dont l'exploitation est limitée au domaine de fonctionnement du moteur défini par le constructeur automobile, soit en utilisant des équipements de contrôle spécifiques de bancs d'essais moteur R&D dont se servent le équipementiers automobiles pour développer toutes les stratégies de contrôle moteur et dont l'exploitation est limitée à une marque automobile. Au contraire, le dispositif et le procédé selon l'invention présentent les avantages de disposer d'un moyen de pilotage universel de tout type de moteur en toute indépendance du constructeur automobile et/ou de l'équipementier associé et offrant un moyen d'exploitation ouvert à toutes les perspectives de développement des stratégies de contrôle moteur en s 'appuyant sur la puissance croissante des micro-ordinateurs compatibles PC.
Ainsi, la présente invention concerne un procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne comprenant au moins un actionneur lié à un organe de fonctionnement dudit moteur, une carte électronique comprenant un composant de logique programmable FPGA, des moyens de synchronisation de ladite carte en fonction du cycle moteur. Selon le procédé, on effectue les étapes suivantes: - on génère par ledit composant un point de référence angulaire dans le cycle moteur pour chacun des cylindres, - on génère par le composant des impulsions de commande d'un actionneur, lesdites impulsions étant paramétrables en phase et en durée, indépendantes et rattachées à un même cylindre, - on effectue un multiplexage desdites impulsions pour les distribuer sur au moins l'une des sorties physiques de la carte spécifiques pour le cylindre considéré, - on commande au moins l'un des actionneur lié à l'une des sorties physiques de la carte spécifiques pour le cylindre considéré, par au moins une des impulsions de commande. Les impulsions peuvent être distribuées dans un ordre quelconque sur une ou plusieurs sorties. -La-synchronisation- peut- être- obtenue à partir-d!au-moins-l!un-des- capteurs- suivants : * pour un moteur 2 temps: un codeur angulaire, une cible véhicule 58X sur le vilebrequin moteur. * pour un moteur 4 temps: un capteur d'arbre à cames et au moins un codeur angulaire, ou une cible véhicule 58X sur le vilebrequin moteur.
L'invention concerne également un système de pilotage d'un moteur à combustion interne, comprenant au moins un actionneur lié à un organe de fonctionnement dudit moteur, une carte électronique comprenant un composant de logique programmable FPGA, des moyens de synchronisation de ladite carte en fonction du cycle moteur. Dans le système, le composant comprend des moyens programmés pour: - générer un point de référence angulaire dans le cycle moteur pour chacun des cylindres, - générer des impulsions de commande d'un actionneur, lesdites impulsions étant paramétrables en phase et en durée, indépendantes et rattachées à un cylindre, - multiplexer lesdites impulsions pour les distribuer sur au moins l'une des sorties physiques spécifiques pour le cylindre considéré, - commander au moins l'un des actionneurs relié à l'une des sorties physiques spécifiques pour le cylindre considéré, par au moins une des impulsions de commande. Les moyens de synchronisation peuvent comprendre : pour un moteur 2 temps, au moins l'un des capteurs suivants: un codeur angulaire, une cible véhicule 58X sur le vilebrequin moteur. - —pour- un- moteur- 4 tempsr-un-capteur- d'arbre- à cames et au moins- l'un-des- capteurs suivants : un codeur angulaire, une cible véhicule 58X sur le vilebrequin moteur. L'actionneur peut être: un injecteur, une bougie d'allumage, une commande électromagnétique de soupape, un tir de caméra LASER. On peut générer au moins huit impulsions de commande par cylindre. Il peut y avoir au moins quatre sorties physiques spécifiques à chaque cylindre.
La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, nullement limitatif, illustrée par les figures ci-après annexées, parmi lesquelles: - la figure 1 représente schématiquement la mise en œuvre de l'invention, - la figure 2 décrit la structure et l'organisation des moyens de l'invention. - la figure 3 montre un exemple de génération de signaux.
La figure 1 montre un moteur 2 piloté à l'aide d'un ordinateur 1 de type PC qui comporte une carte électronique 3 de type TIMER PCI. Le système est synchronisé sur les signaux d'un système de codification angulaire 9. Le système de codification peut être, soit un codeur angulaire délivrant une information « top tour » et une information « top angulaire » de résolution égale à 1°V, 1/2°V, 1/5°V ou 1/10°V sachant que le symbole « V » indique « degré vilebrequin », soit une cible véhicule de type « 58X », c'est à dire présentant 60 dents de résolution 6°V dont 2 dents consécutives sont absentes) fixé sur le vilebrequin du moteur 2. Un deuxième capteur de synchronisation 10 lié à l'arbre à cames permet d'assurer la reconnaissance du tour du cylindre de référence (traditionnellement le cylindre n°l) pour un moteur quatre temps dont le cycle
-de- combustion est- égal - à— deux— tours.— a— référence — 1-2— désigne— un bloc de conditionnement et de mise en forme des signaux de la codification angulaire. La carte TIMER PCI est au format standard du bus PCI d'un micro-ordinateur compatible PC. Elle est chargée de générer les impulsions de commande d' actionneurs (par exemple sur la figure 1 : les injecteurs de carburant 7, les bougies d'allumage 6) via des interfaces de puissances dédiées, par exemple un générateur d'étincelles 4 par un multi-conducteur 13 ou une interface de puissance d'injection 11 par un multi- conducteur 8, eux-mêmes reliés à la carte par un multi-conducteur 5.
La carte TIMER PCI se compose pour l'essentiel d'un composant de logique programmable de type FPGA (Field Programmable Gâte Array), d'un composant réalisant l'interface avec le bus PCI du micro-ordinateur compatible PC, de circuits assurant l'isolation galvanique des entrées/sorties et de circuits fournissant les alimentations nécessaires. Le composant FPGA contient l'ensemble des fonctionnalités réalisées par la carte TIMER PCI. Elles sont décrites en langage VHDL (Very High Speed Integrated Circuit « VHSIC » Hardware Description Language). L'organisation de ces fonctionnalités constitue le cœur de la présente invention. Elle permet de générer jusqu'à 8 impulsions de commande par cylindre par cycle moteur, pour un moteur 2 ou 4 temps essence ou diesel jusqu'à 4 cylindres. Cette architecture est basée sur la prise en compte de 4 entrées logiques complexes de synchronisation issues d'une part, d'un système de codification angulaire du vilebrequin moteur tel que un codeur angulaire ou une cible véhicule 58X, et d'autre part, d'un capteur AAC (Arbre A Cames) de tout type. Elle permet de commander 16 sorties logiques complexes isolées galvaniquement (découplage des masses) pour la génération des impulsions de commande (4 sorties par-cylindre)-Ghaque-impulsion-de-commande-est paramétrée pour chaque cycle moteur par un phasage et une durée. Le phasage est toujours exprimé en degré vilebrequin « °V » selon une précision angulaire sélectionnée (1°V, 1/2° V,
1/5°V ou 1/10°V). La durée peut être exprimée en degré vilebrequin « °V » selon une précision angulaire sélectionnée (1°V, 1/2°V, 1/5°V ou 1/10°V) ou selon une précision temporelle sélectionnée exprimée en microseconde (μs). L'objet de cette invention réside dans le concept de l'organisation des fonctionnalités VHDL du composant FPGA de la carte TIMER PCI. Il permet de piloter
de manière universelle tout type de moteur 2 ou 4 temps, essence ou diesel, multi- injections ou multi-étincelles selon un arrangement alant de 1 à 4 cylindres par carte TIMER PCI. Plusieurs cartes TIMER PCI peuvent être associées pour répondre à un arrangement supérieur à cylindres. Le concept adopté associe à chaque cylindre une référence propre appelée
« PMH Combustion » (Point Mort Haut Combustion), sachant que l'ordre de fonctionnement des cylindres d'un moteur 4 temps est 1/3/4/2. Les 8 impulsions de commande (par voie ou par cylindre) sont programmables en phase et en durée par rapport à leur PMH «combustion» respectif.
La figure 2 montre un schéma bloc du composant FPGA qui expose le concept adopté. Il se décompose en quatre sous-ensembles totalement identiques (du cylindre 1 au cylindre 4). Chacun de ces schémas blocs est composé de : - une génération (GEN-PMH) d'un PMH propre au cylindre considéré (PMH1,
PMH2, PMH3, PMH4), dans laquelle:
• El : entrée du signal « top angulaire » du codeur angulaire (1°V, -l/2°Vτ l/5°V ou l/10oV);
• E2 : entrée du signal AAC du capteur Arbre A Cames. • E3 : entrée du signal « top tour » du codeur angulaire.
• E4 : entrée du signal de la cible véhicule 58X (roue de 60 dents dont 2 dents consécutives sont absentes). - une génération (GEN1-4) de 8 impulsions indépendantes spécifiquement rattachées au cylindre considéré, Fxy représentant un signal interne caractérisé par la
présence d'une impulsion définie par un phasage et une durée par cycle moteur sur le cylindre considéré x, y de 1 à 8. - un multiplexage (MULT) des 8 impulsions précédentes afin d'assurer une distribution de celles-ci sur chacune des 4 sorties physiques, spécifiquement rattachées au cylindre considéré, Sxz : sortie z (1-4) d'un signal pouvant être la combinaison des signaux Fxy par cycle moteur sur le cylindre x Cette distribution peut être opérée de manière souple par programmation et permet d'orienter de 0 à 8 impulsions, dans un ordre quelconque, sur n'importe laquelle des quatre sorties physiques. Par impulsion, on désigne le protocole élémentaire de commande d'un actionneur. Ladite impulsion se caractérise par la combinaison de deux paramètres: le "phasage" qui désigne la position angulaire du début ou de la fin de la commande de l'actionneur sur le cycle moteur considéré, la "durée" qui désigne, à partir du "phasage" ci-dessus, l'instant d'arrêt de la commande de l'actionneur sur le cycle moteur considéré.
La figure 3 montre un exemple de génération d'un signal SU combinaison des signaux Fi l, FI 2, F13 et F14 sur le référentiel PMH1 correspondant au cylindre 1. Le référentiel-PMHl-est- constitué à partir des- références E2 (AAC) et E3 (Top-tour)—
On décrit ci-après deux exemples qui démontrent la flexibilité d'une telle organisation. Exemple n°l : pilotage d'un moteur 4 cylindres essence 4 temps traditionnel. Le pilotage de ce moteur s'effectue à travers la commande de 4 bobines d'allumage et de 4 injecteurs. Chacun de ces 8 actionneurs nécessite la mise à disposition d'une sortie logique de la carte TIMER PCI. Enfin, chacune de ces 8 sorties
logiques doit présenter une impulsion élémentaire de commande caractérisée par le paramétrage de son phasage et de sa durée. Le paramétrage logiciel de la carte TIMER PCI à partir du micro-ordinateur compatible PC va donc consister à générer deux impulsions par cylindres et à affecter chacune de ces deux impulsions sur une sortie logique distincte. Ainsi, le pilotage du moteur considéré aura pu être réalisé sans aucune modification matérielle de la carte
TIMER PCI.
Exemple n°2 : pilotage d'un moteur 4 cylindres diesel, Common Rail 4 temps à injections multiples (8 injections par cycle moteur). Le pilotage de ce moteur s'effectue à travers la commande de 4 injecteurs.
Chacun de ces quatre actionneurs nécessite la mise à disposition d'une sortie logique de la carte TIMER PCI. Enfin, chacune de ces 4 sorties logiques doit présenter un ensemble de 8 impulsions élémentaires de commande caractérisées par le paramétrage de leur phasage et de leur durée. Le paramétrage logiciel de la carte TIMER PCI par le micro-ordinateur compatible PC va donc consister à générer 8 impulsions par cylindres et à affecter l'ensemble" de ces- huit- impulsions- sur-1— seule-sortie-logique— Ainsi, le pilotage du- moteur considéré aura pu être réaliser sans aucune modification matérielle de la carte TIMER PCI.
Claims
REVENDICATIONS
1) Procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne comprenant au moins un actionneur lié à un organe de fonctionnement dudit moteur, une carte électronique comprenant un composant de logique programmable FPGA, des moyens de synchronisation de ladite carte en fonction du cycle moteur, caractérisé en qu'on effectue les étapes suivantes: - on génère dans ledit composant un point de référence angulaire dans le cycle moteur pour chacun des cylindres, - on génère par le composant des impulsions de commande d'un actionneur, lesdites impulsions étant paramétrables en phase et en durée, indépendantes et rattachées à un même cylindre, - on effectue un multiplexage desdites impulsions pour les distribuer sur au moins l'une des sorties physiques de la carte spécifiques pour le cylindre considéré, - on commande au moins l'un des actionneur lié à l'une des sorties physiques de la carte spécifiques pour le cylindre considéré, par au moins une des impulsions de commande.
2) Procédé selon la revendication 1 , dans lequel lesdites impulsions sont distribuées dans un ordre quelconque sur une ou plusieurs sorties.
3) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la synchronisation est obtenue à partir d'au moins l'un des capteurs suivants : * pour un moteur 2 temps: un codeur angulaire, une cible véhicule 58X sur le vilebrequin moteur.
* pour un moteur 4 temps: un capteur d'arbre à cames et au moins: un codeur angulaire, une cible véhicule 58X sur le vilebrequin moteur.
4) Système de pilotage d'un moteur à combustion interne, comprenant au moins un actionneur lié à un organe de fonctionnement dudit moteur, une carte électronique comprenant un composant de logique programmable FPGA, des moyens de synchronisation de ladite carte en fonction du cycle moteur, caractérisé en ce que ledit composant comprend des moyens programmés pour: - générer un point de référence angulaire dans le cycle moteur pour chacun des cylindres, - générer des impulsions de commande d'un actionneur, lesdites impulsions étant paramétrables en phase et en durée, indépendantes et rattachées à un cylindre, - multiplexer lesdites impulsions pour les distribuer sur au moins l'une des sorties physiques spécifiques pour le cylindre considéré, - commander au moins l'un des actionneurs relié à l'une des sorties physiques spécifiques pour le cylindre considéré, par au moins une des impulsions de commande.
5) Système selon-la revendication 4, dans" lequeHes-moyens-de- synchronisation - comprennent : - pour un moteur 2 temps, au moins l'un des capteurs suivants: un codeur angulaire, une cible véhicule 58X sur le vilebrequin moteur, pour un moteur 4 temps, un capteur d'arbre à cames et au moins l'un des capteurs suivants : un codeur angulaire, une cible véhicule 58X sur le vilebrequin moteur.
6) Système selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel l'actionneur est: un injecteur, une bougie d'allumage, une commande électromagnétique de soupape, un tir de caméra LASER.
7) Système selon la revendication 4, dans lequel on génère au moins huit impulsions de commande par cylindre.
8) Système selon la revendication 4, dans lequel il y a au moins quatre sorties physiques spécifiques à chaque cylindre.
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