CA1227262A - Procede et dispositif pour determiner la composition d'un melange alcool-essence, adaptes au reglage automatique de moteurs - Google Patents

Procede et dispositif pour determiner la composition d'un melange alcool-essence, adaptes au reglage automatique de moteurs

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Abstract

Un procédé pour déterminer la composition d'un mélange alcool-essence selon lequel on émet un faisceau lumineux à travers le mélange et on détermine le degré d'absorption de ce faisceau par le mélange pour au moins une longueur d'onde. Cette longueur d'onde est choisie dans l'intervalle de longueur d'onde correspondant au proche infra-rouge et le degré d'absorption est lié à la teneur en alcool du mélange. Un tel procédé de détermination peut être employé pour régler automatiquement des paramètres de fonctionnement d'un moteur à combustion alimenté en mélange alcool-essence. Pour ce faire, un faisceau lumineux est émis à travers le mélange alimentant le moteur, le degré d'absorption de ce faisceau par le mélange d'alimentation dans une bande de longueurs d'onde choisie dans l'intervalle de longueur d'onde correspondant au proche infra-rouge est déterminé, et le réglage des paramètres de fonctionnement du moteur est commandé en fonction du degré d'absorption ainsi mesuré. Un dispositif pour effectuer un tel réglage automatique est également proposé.

Description

~2272 La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant de déterminer la composition d'un mélange alcool-essence, adaptés au réglage automatique de moteurs alimentés en mélanges combustibles de teneur en alcool variable.
Afin de pouvoir utiliser les divers types de carburants qui seront mis sur le marché à l'avenir, les moteurs souples utilisant des polycarburants devront posé
Sédar un système intégré permettant l'adaptation aux dix-ferrent carburants, ou aux mélanges des diverses forum-talions de carburants, d'une part, et le réglage automatique de la richesse et de l'allumage, d'autre part.
L'objet essentiel de la présente invention est de répondre à ces différents impératifs.
Pour résoudre le problème ainsi posé, l'inven-lion met en oeuvre un procédé pour régler automatiquement des paramètres de fonctionnement d'un moteur à combustion alimenté en mélange alcool-essence, caractérisé en ce que l'on émet un faisceau lumineux à travers le mélange ait-mentant le moteur, on détermine le degré d'absorption de ce faisceau par le mélange dans une bande de longueurs d'onde choisie dans l'intervalle de longueur d'onde connes-pondant au proche infra-rouge et on commande le réglage des paramètres de fonctionnement du moteur en fonction du degré d'absorption ainsi mesuré.
On entend par proche infra-rouge la zone du spectre de la lumière correspondant à une longueur d'onde comprise entre 0,7 et 1,7 micron (700 à 1700 manomètres).
Le brevet français 2.487.010 et l'article intitulé " Probleemloze toepassing van alcoholbenzine-mengsels in autos" paru en mars 1981 aux pages 117-122 du numéro 3 (volume 36) de la revue "Polytechnisch Tijdschrift Werktuig-bout'' décrivent un dispositif pour mesurer le taux d'alcool dans le combustible. Ce dispositif utilise la transmission ré

~2~26~
de la lumière dans une colonne de verre mais ne définit pas l'absorption de lumière dans le proche infra-rouge par le combustible. D'une manière plus générale, il n'est pas connu selon l'art antérieur, d'utiliser l'absorption de lumière dans le proche infra-rouge par un mélange alcool-essence en vue de déterminer la composition de ce mélange.
L'art antérieur peut être illustré par les brevets américains 4.369.736, 3.996.785, 4.031.864 et 4.321.465 et le brevet britannique 1.554.309.
Suivant un premier mode de réalisation préféré
du procédé selon l'invention, on détermine le degré dan sorption pour une longueur d'onde comprise entre 900 et 1000 manomètres (1 manomètre = 10 9 mètre).
Suivant un deuxième mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, on détermine le degré d'absorption pour une longueur d'onde comprise en-ire 1450 et 1600 manomètres.
Le degré d'absorption dédit premier faisceau par le mélange peut être comparé au degré d'absorption d'un second faisceau ayant éventuellement une source commune avec le premier faisceau, par un fluide de référence tel que l'alcool pur, ou un mélange alcool-essence de compost-lion connue.
L'invention concerne également un dispositif utilisable pour le réglage automatique d'au moins un para-mètre de fonctionnement d'une unité de combustion telle qu'un moteur, alimentée en mélange contenant de l'essence tel un mélange alcool-essence, tel que le rapport carburant de l'alimentation, l'avance à l'allumage, le taux de rassi-otage des gaz imbrûlés, caractérisé en ce qu'il comportaient capter comprenant une source lumineuse, émettant un premier faisceau lumineux à travers une cellule parcourue par le mélange alimentant ladite unité de combustion, et un organe de mesure du degré d'absorption de ce faisceau par -i - 3 - 1~7~6~
le mélange parcourant la cellule pour au moins une longueur d'onde choisie dans l'intervalle de longueur d'onde connes-pondant au proche infra-rouge, cet organe de mesure coma prenant des moyens pour délivrer un signal fonction du de-gré d'absorption mesuré.
L'invention concerne plus spécialement un dis-positif tel que défini ci-dessus, dans lequel ledit organe de mesure est relié à des moyens d'ajustement d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur en fonction dédit signal délivré par ledit organe de mesure.
Selon un mode préféré de réalisation, ce dis-positif est caractérisé en ce que ledit capter est disposé
en série avec une pompe à carburant sur une canalisation d'alimentation reliant un réservoir de combustible au moteur, ~ 15 en ce que le réservoir comporte une jauge à combustible adaptée à produire un signal traduisant un accroissement de volume de combustible dans le réservoir, et en ce qu'une vanne de dérivation vers la canalisation de retour au ré-servir est disposée sur la canalisation d'alimentation et connectée à des moyens de commande de la dérivation, ces moyens de commande étant adaptés à être déclenchés pendant un intervalle de temps déterminé, à la réception d'un signal de commande délivré par la jauge et lié à un accroissement du volume de combustible dans le réservoir.
Les avantages et autres caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description non limitative qui suit d'un exemple de réalisation de l'in-mention, donné avec référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la Figure 1 est une vue schématique d'en-semble d'un dispositif selon l'invention adapté au réglage automatique du fonctionnement d'un moteur à combustion interne, - la Figure 2 illustre un mode de réalisation ,~....,.~
~;227~
du capter servant à mesurer la composition du mélange combustible, - la Figure 3 montre schématiquement les circuits électriques associés à ce capter, - la Figure 4 montre la courbe d'émission d'une photo-diode électro-luminescente pouvant être utilisée dans le dispositif selon l'invention, - la Figure 5 montre le pourcentage de transi mission de la lumière, pour différents constituants de mélanges combustibles, en fonction de la longueur d'onde, et - la Figure 6 représente un exemple de courbe d'étalonnage d'un organe de mesure tel que celui illustré
par la Figure 3.
Sur la Figure 1, illustrant schématiquement un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la référence M
désigne un moteur alimenté en carburant à partir du ruser-voir 1 à travers la canalisation 2, sur laquelle est placée la pompe à essence P et le dispositif 3 permettant de dé-terminer la teneur en alcool du carburant. Le niveau de barbu-rani dans le réservoir 1 est mesuré par la jauge 4. Lai tentation en air s'effectue à partir du filtre à air 5 par une canalisation 6 traversant un réchauffer 7 et sur laquelle est placée une électro-vanne 8 permettant de régler le débit d'air. Ce débit est mesuré par le capter if ."~, y.
~Z72~2 9. D'autres cautère 10 et 11, coopérant avec un volant 12 entraîné
en rotation par le moteur, déterminent respectivement le régime de rotation du moteur et le passage du piston au point mort haut dans chaque cylindre à chaque cycle-moteur.
Un capter de combustion 13 détermine les cycles de combustion anar-maux où appareil le phénomène de cliquetis.
une sonde 14 placée sur les gaz d'échappement détermine si ces gaz ;10 proviennent de la combustion d'un mélange stoechiométrique, carburant-air.
Les indications des différents cautère mentionnés ci-dessus et séché-métisser par la lettre C sur les dessins sont transmises à un organe ~15 de traitement automatique des données (Cela), du type microprocesseur ; qui délivre des signaux de réglage à l'électro-vanne 8 et à un organe 15 de commande du circuit d'allumage 16 du moteur.
L'organe de traitement automatique des données (Cela) pourra être ~,20 adapté à ajuster automatiquement l'avance à l'allumage à une valeur optimale évitant l'apparition du cliquetis, en fonction des signaux reçus, en particulier, des cautère 10, 11 et 13J par exemple selon le procédé décrit dans le brevet US 4.120.272.
Le capter 3 mesurant le taux d'alcool dans le carburant transmet son signal de mesure au calculateur (Cela) par l'intermédiaire du conducteur 18.
Cette mesure peut être effectuée soit en continu, soit en discontinu.
Dans ce dernier cas, la dernière mesure effectuée est gardée en me-moire par le calculateur, une nouvelle mesure étant réalisée après chaque nouveau ravitaillement du réservoir 1.
A cet effet, la jauge 4 peut être adaptée à délivrer un signal à des moyens de commande associés au calculateur à chaque accroissement du niveau de combustible dans le réservoir 1.

Le calculateur actionne alors, par l'intermédiaire du conducteur 19, une électro-vanne à trois voies 20, placée sur la canalisation Dali-tentation 2 à la sortie de la pompe P, cette électro-vanne ouvrant une dérivation 21 reliée au réservoir 1, de façon à faire circuler le coma bustible en circuit fermé, suivant la canalisation 2 et la canalisa-lion 21 de retour au réservoir, pendant un intervalle de temps doter-miné (1 à 2 minutes par exemple) défini par le calculateur.
Cette opération permet d'obtenir une homogénéisation des compositions de combustible dans le réservoir 1 et la canalisation et, à l'expira-lion du délai fixé, le calculateur transmet à l'électro-vanne 20 un signal commandant la fermeture de la dérivation vers la canalisation 21 de retour au réservoir et permettant l'alimentation du moteur en combustible.
La mesure du taux d'alcool effectuée par le capter 3 et transmise par le conducteur 18 est alors enregistrée par le calculateur, où
elle remplace la valeur antérieurement mémorisée par celui-ci, à
l'issue du précédent ravitaillement du réservoir 1 en combustible.
Il serait également possible de disposer le capter 3 sur la canait-; station 21.
Sur la figure 2 illustrant un mode de réalisation du capter 3 son-vent à déterminer la composition du mélange combustible, la référence désigne le corps de ce capter, constitué d'un bloc en alliagelé-Gers Ce bloc est percé d'un alésage 23 dans lequel est logée une souri ce lumineuse 24 pouvant être constituée d'une photo-diode électrolumi-descente du type LEDME 7124 de Général Instrument émettant un faisceau lumineux 25 dans l'infra-rouge (longueur d'onde moyenne 940 manomètres).
Ce faisceau est divisé en deux par une lame réparatrice 26 à faces paf rallèles, semi-réfléchissante, portée par un support 27 situé à l'in-ter section de deux autres alésages 28 et 29 du bloc 22. Les axes de ces deux alésages sont perpendiculaires, l'axe de l'alésage 28 coin-aidant avec celui de l'alésage 23.
~L~27Z~;~

Une partie du faisceau 25 est réfléchie vers un premier photomètretel un photo- transistor 30 à travers une cellule de mesure 31. Cette cellule de mesure 31, munie d'une fenêtre 32 en matériau n'absorbant que faiblement les radiations émises, comporte des tubulures d'entrée et de sortie, 33 et 34 respectivement, raccordées à la canalisation 2 du circuit d'alimentation du moteur en combustible, de manière à cire parcourue par le mélange alcool-essence alimentant le moteur. Un filtre 37 est placé sur la tubulure d'entrée du capter (Fig. 3).
L'autre partie du faisceau 25 traverse sans déviation la lame sépara-triée 26 et atteint un second photo mètre tel un photo-transistor 35 à travers une cellule 36 munie de la fenêtre 38, et de préférence semblable à la cellule de mesure, mais renfermant un liquide de ré
fonce de composition connue, par exemple du méthanol pur CH30H.
On ne sortira pas du cadre de la présente invention en remplaçant cette cellule de référence par un simple filtre ayant des caractérisé
tiques d'absorption connues de préférence sensiblement équivalente à celle qu'aurait la cellule de mesure si elle était remplie d'un me-lange d'alcool et d'essence dont la composition serait connue.
La composition des degrés respectifs d'absorption du rayonnement parle liquide parcourant la cellule de mesure 31 et par le liquidecon-tenu dans la cellule de référence 36 peut être réalisée au moyen d'un amplificateur différentiel 39 dont les deux entrées sont respective-ment reliées aux photo-transistors 30 et 35 (Fig. 3).
Le signal de mesure s délivré par l'amplificateur différentiel 39 est transmis au calculateur par l'intermédiaire du conducteur 180 La figure 3, sur laquelle la référence Vu désigne une source de ion-Sion électrique (par exemple de 10 Volts), montre par ailleurs séché-magiquement comment peut être réalisée une régulation automatique du flux lumineux produit par la photo-diode émettrice 24.
~L2~7~
A cet effet, un amplificateur du type suiveur Ai est connecté à l'émet-leur du photo-transistor de référence AU Le signal de sortie de ce suiveur, qui est appliqué à l'une des deux entrées de l'amplificateur différentiel 39, est transmis à une première borne d'entrée d'un sus-tète d'asservissement comprenant un amplificateur opérationnel A dont la seconde borne d'entrée est portée à une tension électriquede ré
fonce VU La borne de sortie de l'amplificateur opérationnel A est con-nette par l'intermédiaire d'un suiveur A à la base d'un transistor dont l'émetteur est connecté à la dinde émettrice 24 Le fonctionnement de ce système de régulation est le suivant : si la tension électrique délivrée par le photo-transistor 35 associé à la cellule de référence 36 diminue (par suite du vieillissement de la dinde 24, ou d'une salissure de la fenêtre de la cellule de ré
fonce 36), l'amplificateur opérationnel A commande, en fonction de la différence entre cette tension et la tension de référence VU une auge tentation de la tension d'alimentation de la dinde émettrice 24 de lagon à rétablir au niveau choisi le flux lumineux émis par cette dinde.
La figure 4 montre la courbe d'émission caractéristique d'une photo-dinde (photo-diode Rome hi) pouvant être utilisée pour constituer la dinde émettrice 24 du capter JO Sur cette figure, on a indiqué
en abscisses la longueur d'onde en manomètres, l'émission relative EU étant portée en ordonnées.
La figure 5 montre le pourcentage de transmission de la lumière pour différents constituants de mélanges combustibles en fonction de la longueur d'onde en manomètres.
Le signal de mesure s délivré par l'amplificateur différentiel 39 est proportionnel à la différence des signaux d'entrée. Le zéro de cet amplificateur est ajusté lorsque les deux cellules 31 et 36 con-tiennent toutes les deux le liquide de référence (CH3CH) et le réglage de gain de cet amplificateur 39 pour la pleine échelle est effectué
y g lorsque la cellule de mesure 31 contient de l'essence pure, la cellule de référence 36 contenant toujours du méthanol pur.
La figure 6 représente un exemple de courbe dlétalonnage daigne capter tel que celui illustré par la figure 3.
Cette courbe donne la valeur du signal de mesure s transmis au calcul laveur (Cela) en fonction du pourcentage de méthanol CH30H.
A titre exemple pour des carburants constitués de mélanges méthanol-essence, si Vu désigne le volume de mélange 1 de densité Dl contenu dans le réservoir avant le ravitaillement effectué à la station service et si Vu désigne le volume de mélange 2 délivré par la pompe, A
: et OEUF étant les rapports stoechiométriques caractéristiques des mélanges 1 et 2 respectivement, les valeurs Vu, Dû et OEUF du mélange 3 résultant obtenu dans le réservoir sont liées aux précédentes par les relations volumétriques :
Vu Dl Ail + Vu Dû OEUF Vu 3 3 (1) avec V V V (à O 4 % près) (2) Vu Dl + Vu Dû
et -- --- Je D
Vu + Vu L'organe (Cela) de traitement automatique des données peut être adapté
à déterminer, après chaque ravitaillement, les valeurs OEUF Vu et Dû du mélange 3 résultant sur la base des trois relations (1), (2) et (3) ci-dessus à partir des valeurs Ail Vu et Dl initiales et des valeurs OEUF Vu et Dû caractérisant le ravitaillement effectué.
On ne sortira pas du cadre de la présente invention en utilisant un organe de séparation de faisceau lumineux autre qu'une lame sépara-triée, cet organe étant adapté à séparer le faisceau lumineux incident en au moins deux autres faisceaux. Un tel organe peut être, par exemple, une fibre optique en forme de Y, ou en déviant périodique-ment le faisceau incident par exemple en utilisant un miroir osait-tant, ou tout autre dispositif du même genre. De même, on pourra utiliser deux sources lumineuses différentes ayant de préférence des caractéristiques sensiblement identiques, l'une de ces sources émettant un rayonnement vers la cellule de mesure et l'autre vers la cellule de référence.
La présente invention peut s'appliquer à d'autres mélanges que les mélanges alcool-essence, notamment à un mélange contenant au moins un produit oxygéné et de l'essence.

Claims (13)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Procédé pour régler automatiquement des paramètres de fonctionnement d'un moteur à combustion ali-menté en mélange alcool-essence, caractérisé en ce que l'on émet un faisceau lumineux à travers le mélange alimentant le moteur, on détermine le degré d'absorption de ce fais-ceau par le mélange dans une bande de longueurs d'onde choisie dans l'intervalle de longueur d'onde correspondant au proche infra-rouge et on commande le réglage des para-mètres de fonctionnement du moteur en fonction du degré
d'absorption ainsi mesuré.
2. Procédé selon la revendication 1, carac-térisé en ce que l'on détermine le degré d'absorption pour une longueur d'onde comprise entre 900 et 1 000 nanomètres.
3. Procédé selon la revendication 1, carac-térisé en ce que l'on détermine le degré d'absorption pour une longueur d'onde comprise entre 1 450 et 1 600 nanomètres.
4. Procédé selon la revendication 1, carac-térisé en ce que l'on émet un deuxième faisceau lumineux à travers un fluide de référence.
5. Un procédé selon la revendication 4, carac-térisé en ce que le fluide de référence comporte de l'alcool pur.
6. Dispositif utilisable pour le réglage automatique d'au moins un paramètre de fonctionnement d'une unité de combustion telle qu'un moteur, alimentée en mélange contenant de l'essence tel un mélange alcool-essence, tel que le rapport de l'alimentation, l'avance à
l'allumage, le taux de recyclage des gaz imbrûlés, carac-térisé en ce qu'il comporte un capteur (3) comprenant une source lumineuse (24), émettant un premier faisceau lumi-neux à travers une cellule parcourue par le mélange alimen-tant ladite unité de combustion (31) et un organe de mesure (39) du degré d'absorption de ce faisceau par le mélange parcourant la cellule pour au moins une longueur d'onde choisie dans l'intervalle de longueur d'onde correspondant au proche infra-rouge, cet organe de mesure (39) comprenant des moyens pour délivrer un signal (s) fonction du degré
d'absorption mesuré.
7. Dispositif selon la revendication 6, carac-térisé en ce que ledit organe de mesure (39) est relié à
des moyens (Calc) d'ajustement d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur, en fonction dudit signal (s) délivré par ledit organe de mesure (39).
8. Dispositif selon la revendication 7, carac-térisé en ce que ledit capteur (3) est disposé en série avec une pompe à carburant (P) sur une canalisation d'alimen-tation (2) reliant un réservoir de combustible (1) au moteur (M), en ce que le réservoir (1) comporte une jauge à combus-tible (4) adaptée à produire un signal traduisant un accrois-sement de volume de combustible dans le réservoir (1), et en ce qu'une vanne de dérivation (20) vers une canalisation de retour (21) au réservoir (1) est disposée sur la canali-sation d'alimentation (2) et connectée à des moyens de commande (Calc) de la dérivation, ces moyens de commande (Calc) étant adaptés à être déclenchés pendant un inter-valle de temps déterminé à la réception d'un signal de commande délivré par la jauge (4) et lié à un accroissement du volume de combustible dans le réservoir (1).
9. Dispositif selon la revendication 6, carac-térisé en ce que le capteur (3) comporte un premier photo-mètre (30) recevant une partie au moins du faisceau de lumière émise par la source lumineuse (24) après que celui-ci ait traversé la cellule de mesure (31) parcourue par le mélange alimentant ladite unité de combustion et un deuxième photomètre (35) recevant une partie au moins du faisceau de lumière émise par la source lumineuse (24), après que celui-ci ait traversé une deuxième cellule de référence (36).
10. Dispositif selon la revendication 9, carac-térisé en ce que la cellule de référence (36) est identique à la cellule de mesure (31) et en ce qu'elle contient un fluide de référence.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le fluide de référence est de l'alcool.
12. Dispositif selon la revendication 9, carac-térisé en ce qu'il comporte une lame séparatrice (26) du faisceau de lumière émise par la source lumineuse.
13. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de séparation de faisceau lumineux incident en au moins deux autres faisceaux.
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