CH658914A5 - Procede et dispositif pour determiner la composition d'un melange alcool-essence et application au reglage automatique d'un moteur alimente en melange de teneur en alcool variable. - Google Patents

Procede et dispositif pour determiner la composition d'un melange alcool-essence et application au reglage automatique d'un moteur alimente en melange de teneur en alcool variable. Download PDF

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CH658914A5
CH658914A5 CH1036/84A CH103684A CH658914A5 CH 658914 A5 CH658914 A5 CH 658914A5 CH 1036/84 A CH1036/84 A CH 1036/84A CH 103684 A CH103684 A CH 103684A CH 658914 A5 CH658914 A5 CH 658914A5
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Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour déterminer la composition d'un mélange alcool-essence, ainsi que leur application 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 poly-carburants devront posséder un système intégré permettant l'adaptation aux différents carburants, ou aux mélanges des diverses formulations 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'invention met en œuvre 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, caractérisé en ce que ladite longueur d'onde est choisie dans l'intervalle de longueur d'onde correspondant au proche infrarouge et en ce que l'on déduit la valeur de la teneur en alcool du mélange d'après le degré d'absorption ainsi mesuré.
On entend par proche infrarouge la zone du spectre de la lumière correspondant à une longueur d'onde comprise entre 0,7 et 1,7 micron (700 à 1700 nanomètres).
Le brevet français 2.487.010 et l'article intitulé «Probleemloze toepassing van alcoholbenzine-mengsels in auto's» paru en mars 1981 aux pages 117-122 du numéro 3 (volume 36) de la revue «Polytechnisch Tijdschrift Werktuigbouw» décrivent un dispositif pour mesurer le taux d'alcool dans le combustible. Ce dispositif utilise la transmission de la lumière dans une colonne de verre mais ne définit pas l'adsorption de lumière dans le proche infrarouge par le combustible. D'une manière plus générale, il n'est pas connu, selon l'art antérieur, d'utiliser l'adsorption de lumière dans le proche infrarouge par un mélange alcool-essence en vue de déterminer la composition de ce mélange.
L'art antérieur peut être également 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 mise en œuvre du procédé, on détermine le degré d'absorption pour une longueur d'onde comprise entre 900 et 1000 nanomètres.
Suivant un deuxième mode de mise en œuvre, on détermine le degré d'absorption pour une longueur d'onde comprise entre 1450 et 1600 nanomètres.
On ne sortira pas du cadre de la présente invention en comparant le degré d'absorption dudit premier faisceau par le mélange 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 composition connue.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en œuvre du procédé défini ci-dessus, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte un capteur comprenant une source lumineuse qui émet un faisceau lumineux à travers une cellule parcourue par le mélange alcool-essence, et un organe de mesure 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 infrarouge, cet organe de mesure délivrant au moins un signal fonction du degré d'absorption mesuré. En outre, l'invention concerne l'application dudit procédé au réglage automatique des paramètres de fonctionnement d'un moteur à combustion alimenté en mélange alcool-essence, caractérisée en ce que l'on commande le réglage des paramètres de fonctionnement du moteur en fonction du degré d'absorption du faisceau lumineux par le mélange alcool-essence.
Ce réglage peut être effectué au moyen d'un mécanisme de réglage automatique agissant sur au moins un des paramètres de fonctionnement du moteur, tel que le rapport air/carburant de l'alimentation, l'avance à l'allumage ou le taux de recyclage des gaz imbrûlés.
Selon une forme d'exécution particulière de ce mécanisme de réglage, l'organe de mesure est relié à des moyens d'ajustement d'au moins un paramètre de fonctionnement d'un moteur en fonction dudit signal délivré par cet organe de mesure.
Avantageusement, dans cette forme d'exécution du mécanisme, ledit capteur est disposé en série avec une pompe à carburant sur la canalisation d'alimentation reliant le réservoir de combustible au moteur; le réservoir comporte une jauge à combustible adaptée à
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produire un signal traduisant un accroissement du volume de combustible dans le réservoir, et une vanne de dérivation vers la canalisation de retour au réservoir 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.
L'invention est illustrée par les dessins annexés où:
la figure 1 est une vue schématique d'ensemble 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 du capteur servant à mesurer la composition du mélange combustible,
la figure 3 montre schématiquement les circuits électriques associés à ce capteur,
la figure 4 montre la courbe d'émission d'une photodiode électroluminescente pouvant être utilisée dans le dispositif selon l'invention,
la figure 5 montre le pourcentage de transmission 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.
Les dessins annexés illustrent un exemple de réalisation de l'invention.
Sur la figure 1, illustrant schématiquement un exemple de mise en œuvre de l'invention, la référence M désigne un moteur alimenté en carburant à partir du réservoir 1 à travers la canalisation 2, sur laquelle est placée la pompe à essence P et le dispositif 3 permettant de déterminer la teneur en alcool du carburant. Le niveau de carburant dans le réservoir 1 est mesuré par la jauge 4. L'alimentation en air s'effectue à partir du filtre à air 5 par une canalisation 6 traversant un réchauffeur 7 et sur laquelle est placée une électrovanne 8 permettant de régler le.débit d'air. Ce débit est mesuré par le capteur 9. D'autres capteurs 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 capteur de combustion 13 détermine les cycles de combustion anormaux où apparaît le phénomène de cliquetis.
Une sonde 14 placée sur les gaz d'échappement détermine si ces gaz proviennent de la combustion d'un mélange stœchiométrique, carburant-air.
Les indications des différents capteurs mentionnés ci-dessus et schématisés par la lettre C sur les dessins sont transmis à un organe de traitement automatique des données (Cale), du type microprocesseur qui délivre des signaux de réglage à l'électrovanne 8 et à un organe 15 de commande du circuit d'allumage 16 du moteur.
L'organe de traitement automatique des données (Cale) pourra être 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 capteurs 10,11 et 13, par exemple selon le procédé décrit dans le brevet US 4.120.272.
Le capteur 3 mesurant le taux d'alcool dans le carburant transmet son signal de mesure au calculateur (Cale) 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 mémoire 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 électrovanne à trois voies 20, placée sur la canalisation d'alimentation 2 à la sortie de la pompe P, cette électrovanne ouvrant une dérivation 21 reliée au réservoir 1, de façon à faire circuler le combustible en circuit fermé, suivant la canalisation 2 et la canalisation 21 de retour au réservoir, pendant un intervalle de temps déterminé (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'expiration du délai fixé, le calculateur transmet à l'électrovanne 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 capteur 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 capteur 3 sur la canalisation 21.
Sur la figure 2 illustrant un mode de réalisation du capteur 3 servant à déterminer la composition du mélange combustible, la référence 22 désigne le corps de ce capteur, constitué d'un bloc en alliage léger. Ce bloc est percé d'un alésage 23 dans lequel est logée une source lumineuse 24 pouvant être constituée d'une photodiode électroluminescente du type LEDME 7124 de General Instrument émettant un faisceau lumineux 25 dans l'infrarouge (longueur d'onde moyenne 940 nanomètres). Ce faisceau est divisé en deux par une lame séparatrice 26 à faces parallèles, semi-réfléchissante, portée par un support 27 situé à l'intersection de deux autres alésages 28 et 29 du bloc 22. Les axes de ces deux alésages sont perpendiculaires, l'axe de l'alésage 28 coïncidant avec celui de l'alésage 23.
Une partie du faisceau 25 est réfléchie vers un premier photomètre tel un phototransistor 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 être parcourue par le mélange alcool-essence alimentant le moteur. Un filtre 37 est placé sur la tubulure d'entrée du capteur (fig. 3).
L'autre partie du faisceau 25 traverse sans déviation la lame séparatrice 26 et atteint un second photomètre tel un phototransistor 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 référence de composition connue, par exemple du méthanol pur CH3OH.
On ne sortira pas du cadre de la présente invention en remplaçant cette cellule de référence par un simple filtre ayant des caractéristiques d'absorption connues de préférence sensiblement équivalente à celle qu'aurait la cellule de mesure si elle était remplie d'un mélange d'alcool et d'essence dont la composition serait connue.
La composition des degrés respectifs d'absorption du rayonnement par le liquide parcourant la cellule de mesure 31 et par le liquide contenu dans la cellule de référence 36 peut être réalisée au moyen d'un amplificateur différentiel 39 dont les deux entrées sont respectivement reliées aux phototransistors 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 18.
La figure 3, sur laquelle la référence + V désigne une source de tension électrique (par exemple de 10 V), montre par ailleurs schématiquement comment peut être réalisée une régulation automatique du flux lumineux produit par la photodiode émettrice 24.
A cet effet, un amplificateur du type suiveur A, est connecté à l'émetteur du phototransistor de référence 35. 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 système d'asservissement comprenant un amplificateur opérationnel A dont la seconde borne d'entrée est portée à une tension électrique de référence VR. La borne de sortie de l'amplificateur opérationnel A est connectée par l'intermédiaire d'un suiveur A2 à la base d'un transistor dont l'émetteur est connecté à la diode émettrice 24.
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Le fonctionnement de ce système de régulation est le suivant: si la tension électrique délivrée par le phototransistor 35 associé à la cellule de référence 36 diminue (par suite du vieillissement de la diode 24, ou d'une salissure de la fenêtre de la cellule de référence 36), l'amplificateur opérationnel A commande, en fonction de la dif- 5 férence entre cette tension et la tension de référence VR, une augmentation de la tension d'alimentation de la diode émettrice 24, de façon à rétablir au niveau choisi le flux lumineux émis par cette diode.
La figure 4 montre la courbe d'émission caractéristique d'une io photodiode (photodiode I.R.ME 7124) pouvant être utilisée pour constituer la diode émettrice 24 du capteur 3. Sur cette figure, on a indiqué en abscisses la longueur d'onde X en nanomètres, l'émission relative ER étant portée en ordonnées.
La figure 5 montre le pourcentage de transmission de la lumière 15 pour différents constituants de mélanges combustibles en fonction de la longueur d'onde X en nanomètres.
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 contiennent 20 toutes les deux le liquide de référence (CH3OH) et le réglage de gain de cet amplificateur 39 pour la pleine échelle est effectué 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 d'étalonnage d'un 25 capteur tel que celui illustré par la figure 3.
Cette courbe donne la valeur du signal de mesure s transmis au calculateur (Cale) en fonction du pourcentage de méthanol CH3OH.
A titre d'exemple, pour des carburants constitués de mélanges méthanol-essence, si Vj désigne le volume de mélange 1 de densité 30
Dj contenu dans le réservoir avant le ravitaillement effectué à la station service et si V2 désigne le volume de mélange 2 délivré par la pompe, (A/F)! et (A/F)2 étant les rapports stœchiométriques caractéristiques des mélanges 1 et 2 respectivement, les valeurs V3, D3 et (A/F)3 du mélange 3 résultant obtenu dans le réservoir sont liées aux précédentes par les relations volumétriques:
V, Dj (A/F)! + V2 D2 (A/F)2 = V3 D3 (A/F)3 (1)
avec
Vt + V2 ~ V3 (à 0,4% près) (2)
et ViDj + V2D2 ^ D (3)
V! + V2
L'organe (Cale) de traitement automatique des données peut être adapté à déterminer, après chaque ravitaillement, les valeurs (A/F)3, V3 et D3 du mélange 3 résultant sur la base des trois relations (1), (2) et (3) ci-dessus à partir des valeurs (A/F)!, V! et Dj initiales et des valeurs (A/F)2, V2 et D2 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 séparatrice, 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 périodiquement le faisceau incident par exemple en utilisant un miroir oscillant, 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.
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Claims (11)

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1. 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, caractérisé en ce que ladite longueur d'onde est choisie dans l'intervalle de longueur d'onde correspondant au proche infrarouge et en ce que l'on déduit la valeur de la teneur en alcool du mélange d'après le degré d'absorption ainsi mesuré.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détermine le degré d'absorption pour une longueur d'onde comprise entre 900 et 1000 nanomètres.
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REVENDICATIONS
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détermine le degré d'absorption pour une longueur d'onde comprise entre 1450 et 1600 nanomètres.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on émet un deuxième faisceau lumineux à travers un fluide de référence, tel de l'alcool pur.
5. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur (3) comprenant une source lumineuse (24), émettant un premier faisceau lumineux à travers une cellule (31) parcourue par le mélange alcool-essence, 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 infrarouge, cet organe de mesure (39) délivrant au moins un signal fonction du degré d'adsorption mesuré.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le capteur (3) comporte un premier photomètre (30) recevant une partie au moins du faisceau de lumière émise par la source lumineuse (24) après que celui-ci a traversé la cellule de mesure (31) parcourue par le mélange alcool-essence et un deuxième photomètre (35) recevant une partie au moins du faisceau de lumière émise par la source lumineuse (24), après que celui-ci a traversé une deuxième cellule de référence (36).
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la cellule de référence (36) est identique à la cellule de mesure (31) et en ce qu'elle contient un liquide de référence.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le fluide de référence est de l'alcool.
9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte une lame séparatrice (26) du faisceau de lumière émise par la source lumineuse.
10. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de séparation du faisceau lumineux incident en au moins deux autres faisceaux.
11. Application du procédé selon la revendication 1 au réglage automatique des paramètres de fonctionnement d'un moteur à combustion alimenté en mélange alcool-essence, caractérisée en ce que l'on commande le réglage des paramètres de fonctionnement du moteur en fonction du degré d'absorption du faisceau lumineux par le mélange alcool-essence.
CH1036/84A 1983-03-03 1984-03-02 Procede et dispositif pour determiner la composition d'un melange alcool-essence et application au reglage automatique d'un moteur alimente en melange de teneur en alcool variable. CH658914A5 (fr)

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FR8303663A FR2542092B1 (fr) 1983-03-03 1983-03-03 Procede et dispositif pour determiner la composition d'un melange alcool-essence, adaptes au reglage automatique de moteurs alimentes en melanges combustibles de teneur en alcool variable

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