FR2476750A1 - Servomecanisme, commande a distance, et procede pour regler le debit d'un fluide, notamment dans les carburateurs - Google Patents

Abstract

UNE ARMATURE 50, FORMEE D'UN AIMANT PERMANENT 62 ET DE PIECES 64, 66, PORTE DEUX POINTEAUX 78, 82 QUI, EN COOPERANT AVEC DES ORIFICES 80 ET 84, DETERMINENT LE DEBIT DE L'AIR ET DU COMBUSTIBLE DANS LE MELANGE CARBURE ASPIRE PAR UN MOTEUR. DES BOBINES 56, 58, AGISSANT SUR L'ARMATURE 50 CONTRE L'ACTION D'UN RESSORT 86, SONT ALIMENTEES EN ELECTRICITE PAR UNE SERVOCOMMANDE A RETROACTION SENSIBLE A DIVERS PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT DU MOTEUR.

Description

L'invention est-relative à un servomécanisme, commandé à distance, pour

régler le débit d'un fluide, en

particulier dans les carburateurs.

Parmi les servomécanismes connus, certains comprennent divers organes actionnés par des électro- aimants. Lorsqu'un tel électro-aimant est excité en vue de régler la position d'une armature, celle-ci actionne à son tour une tige dont l'extrémité est agencée pour régler la section d'un orifice. Le réglage de cet orifice est en rapport avec un signal d'entrée efficace,déterminant la quantité de combustible volatil qui est dosé à destination d'un carburateur. L'objectif est d'adapter le débit du combustible aux conditions de fonctionnement du carburateur

de sorte que le combustible est brûlé avec le maximum d'ef-

ficacité. Dans l'état de la technique, il y a une tendance à faire agir continuellement, sur la loi d'écoulement du

combustible, divers capteurs qui sont sensibles à des para-

mètres influents de fonctionnement, tels que pression am-

biante, température ambiante, teneur en oxygène des gaz

d'échappement, position du papillon ou autre organe d'é-

tranglement, etc..., tous ces paramètres constituant des facteurs pertinents pour la détermination d'un rapport air/

combustible convenable.

De façon typique, ces paramètres, tels qu'éva-

lués par les capteurs, sont transmis à un microprocesseur de conception classique. Le microprocesseur possède de son côté un système de logique et d'algorithme grâce auquel les

entrées des capteurs sont converties en un signal électrique.

Celui-ci consiste soit en un signal numérique avec une onde de sortie de type binaire, soit en un signal analogique dont l'amplitude est adaptée à, et effectue, une fonction

de commande selon le degré d'amplitude du signal de sortie.

Cependant, la technique connue a été incapable de fournir

un dispositif simple qui puisse convertir le susdit si-

gnal électrique de sortie du microprocesseur en une trans-

lation mécanique d'une armature afin de produire un dépla-

cement précis de celle-ci et des moyens de réglage de la section d'un orifice associés a cette armature, ce qui assurerait un réglage convenable dudit-orifice. C'est le réglage de l'orifice qui à son tour détermine le rapport

air/combustible optimal, reflétant les conditions de fonc-

tionnement qui sont évaluées par les entrées des capteurs de la façon décrite ci-dessus. La difficulté est que le système décrit, bien que sain dans son principe, ait été irréalisable jusqu'ici, soit parce que ce système présente de l'inertie interne, soit parce qu'il/peut être établi avec des composants ou combinaisons de composants acceptables au point de vue économique. Par exemple, les composants qui

sont théoriquement capables d'aboutir aux résultats susvi-

sés ou bien sont trop coûteux et doivent être faits sur commande, ou bien ne se prêtent pas à une construction en grande série et sont incapables de fonctionner dans la

gamme de toutes les tolérances et dures conditions de fonc-

tionnement que l'on rencontre dans les moteurs à combustion

interne usuels.

L'un des buts principaux de l'invention est de

fournir un dispositif de commande comprenant un nombre rela-

tivement petit de composants et constitué essentiellement

par une armature faite d'un aimant permanent à pièces polai-

res Nord et Sud, influençables par deux bobines magnétiques - écartées qui entourent de près les pièces polaires dans toute la gamme de leurs déplacements. L'armature possède un moyen de réglage de la section d'un orifice, lequel moyen est apte à être déplacé et positionné sélectivement par l'armature afin d'assurer le dosage du Combustible fourni

à un carburateur et détermine ainsi le rapport air/combus-

tible. Un manchon perméable magnétiquement entoure les bobines magnétiques et l'armature. Il est associé à la tige de réglage et à l'armature un ou deux ressorts dont la tension est réglable et qui sont capables de déterminer les

caractéristiques de fonctionnement critiques de l'armature.

Une particularité importante de l'invention réside dans le fait que l'agencement décrit, à armature et bobines, a une réponse pratiquement instantanée et linéaire aux signaux électriques convertis, provenant des capteurs qui évaluent continuellement la température, la

pression, la position du papillon et la teneur en oxygène.

Ces capteurs communiquent en permanence avec un micro-

processeur qui engendre un signal correspondant de type

numérique ou analogique, un tel signal étant continuelle-

ment reçu et converti en mouvement par passage, dans les bobines de l'électro-aimant, d'un courant d'intensité appropriée au signal d'entrée dans le microprocesseur (que son onde soit de forme numérique ou analogique), l'armature

déplaçant ou positionnant en conséquence le moyen de ré-

glage de la section de l'orifice par rapport à ce dernier.

On obtient ainsi un pilotage efficace instantané et d'al-

lure linéaire, si bien qu'il se produit une réponse con-

tinue aux conditions évaluées par le capteur; le mélange d'air et de combustible est ainsi dosé en permanence et

fourni à tout moment dans le rapport nécessaire pour main-

tenir les conditions optimales telles qu'elles sont déter-

minées par les capteurs. Dans son ensemble, le système forme un servomécanisme à boucle fermée, qui maintient une

logique préférée de fonctionnement.

Un autre but de l'invention est de fournir un servomécanisme efficace dans lequel des capteurs évaluent en permanence les conditions de fonctionnement d'un moteur en décelant les écarts par rapport aux conditions idéales de fonctionnement, calculées au mieux afin d'assurer un rendement optimal et une marche sans pollution. L'armature comprend un ressort qui influe sur la section d'un orifice et dont la force peut être ajustée en antagonisme avec le mouvement de l'armature, afin de déterminer la section correcte de l'orifice de dosage et par conséquent les conditions correctes du rapport air/combustible dans le

mélange fourni au moteur par le carburateur; les condi-

tions de fonctionnement du moteur sont ainsi testées en permanence par les capteurs afin d'exercer une rétroaction sur l'armature, de telle sorte que la section libre de

l'orifice soit en permanence pilotée et maintenue aux con-

ditions optimales.

C'est une particularité importante de l'inven-

tion qu'on dispose;d'une possibilité originale d'ajuster

avec précision un ressort de rappel par rapport à l'arma-

ture de tellesorte que le déplacement mécanique de l'armatu-

re puisse être ajusté exactement pour donner lieu à un

ajustement correct de la section de l'orifice.

Un but général de l'invention est de fournir

une combinaison originale et efficace de dosage de combus-

tible en rapport avec des capteurs et microprocesseurs afin d'assurer en permanence au moteur un fonctionnement relativement exempt de pollution et efficace, et ceci à l'aide d'armaturesajustables individuellement dont les

ressorts de rappel sont ajustés à l'aide de moyens méca-

niques, le tarage et la réponse des ressorts étant ajus-

tables indépendamment.

D'autres buts et caractéristiques de-l'inven-

tion apparaîtront à la lecture de la description qui suit

et qui est relative à des modes de réalisation particuliers, lesquels sont illustrés par les dessins annexés et ont été

choisis à titre d'exemple, sans aucun caractère limitatif.

La figure 1 représente, par un schéma de blocs,

un système convertisseur catalytique à commande par ordina-

teur, dans lequel l'invention est appliquée.

La figure 2 représente schématiquement un car-

burateur et en illustre les diverses fonctions qui sont en

relation avec le dispositif de commande ou actionneur con-

forme à l'invention.

Les figures 3, 4, 5, 6 et 7 montrent, en coupe longitudinale schématique, divers types de dispositifs

de commande dans lesquels l'invention est appliquée.

La figure 8 illustre,par une vue de détail à plus grande échelle, le. réglage d'un moyen à ressort

grâce auquel on peut ajuster le tarage et la réponse d'un -

ressort en vue d'adapter le dispositif à un jeu donné

de conditions de fonctionnement.

La figure 9 illustre la forme d'une onde nu-

mérique transmise au dispositif de commande par le micro-

processeur, cette onde ayant ici une forme binaire et

pouvant être émise à intervallesréguliers.

La figure 9A illustre une onde de forme nu-

mérique binaire pulsatoire, correspondant au cas o l'ac-

tionneur du système de commande est excité de façon bipo-

laire, c'est-à-dire o les bobines sont excitées d'abord en une certaine polarité, puis en la polarité opposée,afin 4 de mouvoir positivement l'armature dans un sens ou dans

le sens inverse.

La figure 9A illustre aussi une onde de forme binaire pulsatoire, correspondant au cas o l'actionneur

du système de commande est excité de façon bipolaire, c'est-

à-dire o les bobines sont excitées d'abord en une certaine polarité, puis en la polarité opposée, afin d'assurer une commande analogique de l'armature, dans un sens représenté

par la valeur moyenne de la forme d'onde.

La figure 10 illustre une variante de la forme d'onde pour la commande analogique des bobines, lorsque

l'armature est actionnée par voie analogique.

La figure 11 est un schéma de blocs du sys-

tème complet, montrant les capteurs, le microprocesseur, l'actionneur, le carburateur et l'allure en boucle fermée

de l'ensemble du système.

Si l'on se repcrte maintenant à la figure 1, on y voit plusieurs capteurs écartés les uns des autres, qui sont désignés chacun dans leur ensemble par les références , 12, 14 et 16 et qui sont disposés en divers endroits d'un véhicule; ces capteurs sont adaptés particulièrement

à fournir les mesures continues de paramètres de fonctionne-

ment à un microprocesseur de conception générale, désigné par 18 dans son ensemble. Ce microprocesseur 18 ne fait pas en lui-même partie de l'invention mais un microprocesseur typique qui est disponible aux fins de l'invention est

constitué par un module de commande électronique qui con-

tient le programme et le système d'algorithme nécessaires

conformément à l'invention.

Les capteurs, qui sont de conception classique, sont destinés à évaluer des paramètres tels que la teneur en oxygène des gaz dans le collecteur d'échappement (non montré)

et sont désignés globalement par capteur d'oxygène 10, cap-

teur de pression (manocontact) 12, capteur de température du fluide de refroidissement 14, capteur (ou contact) de papillon fermé 16; dans certains cas, il peut être prévu un capteur de pression ambiante (non montré). Ces capteurs

fournissent en permanence leurs informations au micropro-

cesseur 18 qui, à son tours adresse un signal d'algorithme à un actionheur ou dispositif de commande 20, actionné à

distance.

Ainsi qu'il ressort de la figure 2, le méca-

nisme de commande 22 est associé à une tige de dosage de combustible 23 qu'il actionne. L'une des extrémités 24 de cette tige 23 est mobile par rapport à un orifice fixe de dosage 26, défini par le col 28 d'un venturi. De plus, le mécanisme de commande 22 déplace une plaque d'armature dont une extrémité 34 est propre à porter par une face contre une butée de mélange pauvre 36 et dont la face opposée est propre à porter contre une butée de mélange riche 38. Les deux butées 36 et 38 sont constituées par des vis pouvant être soumises à des réglages micrométriques

- par rapport à leurs supports respectifs 40 et 42.

La plaque d'armature 30 actionne aussi une soupape d'aération de ralenti 43 à l'aide d'un tiroir 44 dont la tige 46 possède une extrémité 48 en contact avec une autre extrémité 35 de la plaque d'armature 30 de sorte

que les mouvements de cette plaque 30 déterminent non seu-

lement la section libre de l'orifice de dosage 26 mais

encore la position de la soupape d'aération de ralenti 43.

On se réfère maintenant aux divers types de commande illustrés aux figures 3 à 7 qui vont être décrits

ci-après en détail en commençant par celui de la figure 3.

En bref, dans le dispositif 19 illustré à la figure 3, une armature ou noyau 50 agit de façon à abaisser un moyen de liaison 52, ce qui détermine la position de fonctionnement de la tige de dosage du combustible 23 et de la tige de tiroir46 de la manière décrite en référence à la figure 2. Lorsque ce moyen 52 s'abaisse, il le fait

contre l'action d'un ressort 54.

L'armature 40 fonctionne en mode binaire et réagit à un signal d'excitation binaire; en d'autres termes, l'armature 50 est soit tirée jusqu'à une position complètement abaissée, soit, en l'absence d'excitation, déplacée par le ressort 54 vers une position complètement relevée. La technique de la commande est que, dans l'un des modes (excitation), elle fournisse un mélange pauvre tandis que, dans l'autre mode (absence d'excitation), le moteur soit alimenté en mélange riche lorsque le ressort

54 maintient le moyen de liaison 52 tout en haut. Le fonc-

tionnement effectif consiste à intégrer le nombre des posi-

tions de "marche" et "arrêt" de telle sorte que l'intégra-

tion de la totalité des modes "marche" et "arrêt" se tra-

duise par un rapport air/combustible. Si l'on se reporte à nouveau à la figure 3, l'armature 50, qui déplace le moyen de liaison 52, le fait en réponse à l'excitation de deux bobines 56 et 58 qui sont enroulées sur un corps

, à l'écart l'une de l'autre.

L'armature 50 est faite d'un aimant permanent

62 ayant deux pièces polaires 64 et 66 dont les caracté-

ristiques permettent à l'armature 50 d'être déplacée liné-

airement sous une force constante, en réponse au passage

d'un courant dans les bobines 56, 58. C'est une particu-

larité importante de l'invention qu'un signal numérique

sous forme de signaux binaires provoque une forte accélé-

ration de l'armature 50 en la déplaçant presque instantanément vers le bas contre l'action du ressort 54 et que, aussitôt

après coupure de l'excitation des bobines 56, 58,1'électro-

aimant 62 soit quasi instantanément déplacé linéairement en sens inverse par le ressort 54 dûment comprimé. Ainsi, l'agencement à armature 50 et à bobines 56, 58 qui vient

d'être décrit est sensible à des signaux dérivés numérique-

ment des capteurs et du microprocesseur décrits ci-dessus.

La zone entourant les bobines 56, 58 est constituée par

un manchon perméable magnétiquement 68 qui sert à conte-

nir ces bobines et le corps 60 est muni d'une butée 70

pour limiter la descente de l'armature 50 en cas d'excita-

tion. Le mouvement ascendant de l'armature 50 est assuré par le ressort 54 qui déplace vers le haut le moyen de liaison 52 jusqu'à ce que ce moyen de liaison 52 ou la plaque 30 (figure 2) rencontre la butée de mélange riche 38 dont la position est ajustée de façon micrométrique par rapport à son support 42. Le microprocesseur 18 (figure 1) émet un signal vers les bobines 56, 58 en provoquant

leur excitation à un mode "marche", ce qui provoque l'at-

traction de l'armature 50 vers le bas contre l'action du

ressort 54 ainsi qu'il a déjà été expliqué.

C'est une caractéristique des ondes de cette forme qu'il y ait une pente presque verticale du signal, de zéro (?I0??) à un C"1"). Il en est de même à la fin du cycle de travail. De façon typique, le cycle est ajusté

de façon qu'il soit efficace de 15 à 85 % du temps, c'est-

à-dire que le signal soit sur le mode 'marche" entre 15 et

% du cycle de travail dont la durée totale est en géné-

ral de 100 millisecondes lorsque le signal varie de O volt à + 12 volts. En général, le microprocesseur 18 est l'un de ceux qui ont été décrits en détail sous la rubrique "tC - 4, Computer Control Catalytic Converter System" (C - 4, Système Conver'tisseur Catalytique à Commande par Ordinateur) dans le manuel d'atelier "Citation Shop Manual ST365-80", pages 8A-64, 65 et 66, une publication de General Motors,

Chevrolet Division. Cette publication décrit le fonction-

nement du circuit, les composants et l'endroit o il peut y avoir une application de la présente invention au contrôle

catalytique des moteurs à combustion interne.

Tel qu'il est décrit en relation avec la com-

mande de la figure 3, le système est utilisable avec un signal numérique binaire ayant une caractéristique d'onde

telle que celle illustrée à la figure 9A o l'onde de si-

gnal binaire varie de + 1 à - 1. Dans cet exemple, les bo-

bines 56, 58 sont excitées dans l'un ou l'autre sens de

passage du courant et le ressort 54 et un autre ressort an-

tagoniste (non représenté) sont utilisés pour solliciter l'armature 50 vers une position "neutre", l'armature étant déplacée positivement vers le haut ou positivement vers

le bas contre l'action des ressorts antagonistes qui, lors-

que les bobines ne sont pas excitées, amènent et maintien-

nent l'armature en une position neutre qui correspond à une onde dont l'amplitude moyenne est nulle. Ainsi lorsque l'onde est positive, c'est-àdire a la valeur + 1, les bobines sont excitées avec le courant passant dans le sens pour lequel l'armature 50 est soumise à une force dirigée de haut en bas, contre l'action du ressort 54; lorsque l'onde devient négative, c'est-à-dire passe à la valeur - 1 pendant le cycle-de travail d'environ 100 millisecondes, le sens de passage du courant est inversé et l'armature 50 est ainsi soumise à une force dirigée de bas en haut, contre

l'action du ressort antagoniste (non représenté). La posi-

tion nette de l'armature 50 et du moyen 52 est déterminée en fonction de la moyenne, dans le temps, des forces

magnétiques et des caractéristiques des ressorts.

Si l'on se reporte à la figure 4, il y est

à nouveau représenté une armature 50 munie de pièces po-

laires 64 et 66, aux extrémités opposées de l'aimant per-

manent 62, et deux bobines 56, 58. Ces bobines sont à nou-

veau enroulées sur un corps 60, disposé à l'intérieur d'un

manchon 68. Ces éléments ont en substance les caractéris-

tiques qui ont été décrites à propos du mode de réalisation de la figure 3. Dans le mode de réalisation de la figure 4 toutefois, une tige allongée 72 de l'armature 50 porte, à l'une de ses extrémités 74, un pointeau de dosage 78 qui définit la section libre efficace d'un orifice d'air 80, destiné à régler le débit d'air d'aération d'une manière un peu différente de celle qui est illustrée à la figure 2. A son extrémité inférieure, l'armature 50 est munie d'une

tige allongée 81 qui porte elle aussi un pointeau de do-

sage 82; celui-ci définit la section libre efficace d'un

orifice de combustible 84, pour y régler le débit du com-

bustible d'une manière un peu différente de celle qui est

illustrée à la figure 2.

Selon ce mode de réalisation de la figure 4, un ressort hélicoïdal 86 porte, par l'une de ses extrémités,

contree n bossage annulaire 88 ménagé sur un manchon allon-

gé 90/,par l'autre de ses extrémités, contre la pièce polaire 64 en sollicitant l'armature 50 vers le haut, c'est-à-dire dans le sens qui tend à ouvrir l'orifice de combustible 84 et à fermer l'orifice d'air 80. Ainsi, en l'absence d'excitation, le mélange air/combustible tend

à être "riche", c'est-à-dire que le rapport du combusti-

ble à l'air est plus élevé lorsque l'armature 50 occupe sa position neutre ou d'arrêt. Lorsque les capteurs font

émettre un signal positif par le microprocesseur et que-

l'onde passe de l'amplitude "10"1 à l'amplitude "1"s afin de commencer un cycle de travail (figure 9), les bobines 56, 58 reçoivent un courant qui provoque le déplacement de

l'armature 50 versle bas, contre l'action du ressort 86.

De cette manière (voir les figures 9 et 4), toutes les fois qu'un signal numérique binaire est créé, en passant de "0" à "1" et aussi longtemps que le cycle de travail se poursuit pendant la période de 0 à 100 millisecondes, l'armature 50 est abaissée à une position "marche", ce qui fait pénétrer le pointeau 82 dans l'orifice 84 de manière à réduire sa

section libre-et à diminuer ainsi le débit du combustible.

En ce qui concerne l'augmentation du débit d'air, lorsque l'armature 50 s'abaisse, le pointeau de dosage 78 sort

de l'orifice 80 en augmentant la section libre de celui-

ci, si bien que le rapport air/combustible produit corres-

pond à un mélange bien plus "pauvre". Cette action contrôlée

sur le rapport air/combustible est une combinaison du mou-

vement d'un papillon détecté par des capteurs dans un servo-

mécanisme à boucle fermée qui à son tour actionne le micro-

processeur, ce dernier à son tour développant le cycle de travail tel qu'illustré à la figure 9 et le signal binaire alors utilisé comme paramètre de fonctionnement pour l'armature 50. Les conditions de fonctionnement du moteur

telles que teneur en-oxygène des gaz d'échappement, tempé-

rature, pression, position du papillon, sont ainsi évaluées

en permanence et, en réponse à ces conditions, le micropro-

cesseur fait occuper aux organes de dosage de combustible et d'air les positions qui adaptent le moteur aux conditions

de fonctionnement convenables en rapport avec les informa-

tions détectées par les capteurs.

Si l'on se reporte maintenant au mode de réa-

lisation illustré à la figure 5, il y est montré un dispo-

sitif dont le fonctionnement repose sur un principe ana-

logique; en d'autres termes, le dispositif conforme à ce mode de réalisation n'est pas destiné à assurer simplement un fonctionnement par tout ou rien, mais un ajustement

continu de la section libre d'orifices, de façon micromé-

trique. Il n'y a pas ainsi seulement une aptitude à régler la section efficace des orifices sur une base statistique de

tout ou rien avec le principe de moyenne utilisé pour l'ob-

tention du rapport air/combustible, mais au contraire la position occupéapar les pointeaux de dosage par rapport à leurs orifices respectifs est évaluée en permanence et est ajustée à l'aide d'un signal analogique, de la manière qui

va être décrite maintenant.

Selon ce mode de réalisation de la figure 5, il existe une armature 50 à deux pièces polaires 64, 66 qui sont déplacées respectivement à l'aide de bobines 56, 58 les entourant de près. Ces bobines sont enroulées sur un

corps 60 et elles sont elles-mêmes enfermées dans un man-

chon 68 qui est perméable magnétiquement, comme déjà décrit. A l'une des extrémités de l'armature 50, il existe une tige allongée 72 portant un pointeau de dosage 78 qui détermine la section efficace d'un orifice d'air 80 et par conséquent le débit de l'un des constituants du mélange air/combustible. Au bas de l'armature 50, il existe une tige allongée 81 portant un pointeau de dosage 82 qui détermine la section efficace d'un orifice de combustible 84. La position de ce pointeau 82 par rapport à l'orifice

84 détermine donc le débit du combustible que le carbu-

rateur fournit au moteur. Le mouvement de l'armature 50 est soumis à l'influence de deux ressorts 86 et 86a,

écartés l'un de l'autre. Le premier ressort 86 est compri-

mé entre un écrou 92, qui est engagé en position réglable sur la surface extérieure filetée de la tige allongée 81, et un siège 98 ménagé sur le corps 60. Le deuxième ressort 86a est comprimé entre un siège fixe 100 et un écrou 102 a

qui est engagé en position réglable sur la surface exté-

rieure filetée de la tige allongée 81. On peut régler les caractéristiques du dispositif en agissant sur la position

des écrous 92 et'102. En ce cas, on peut utiliser le micro-

processeur pour engendrer soit un signal numérique, comme montré à la figure 9A, soit un signal analogique comme

montré à la figure 10.

Il est à noter que, selon leur réglage à l'aide des écrous 92 et 102, les ressorts 86 et 86a déterminent

la position neutre de l'armature 50, c'est-à-dire la posi-

tion qu'occupent les pointeaux de dosage par rapport à leurs ou orifices respectifs lorsqu'il n'y a pas de signal/lorsque la valeur moyenne du courant dans le temps à- travers les bobines

56 et 58 est nulle.

Les capteurs agissent par l'intermédiaire du microprocesseur de-la manière décrite ci-dessus mais, à

la différence des modes de réalisation précédents, l'algo-

rithme du microprocesseur, selon le mode de réalisation de la figure 5, engendre soit un signal de sortie binaire

(comme illustré à la figure 9A), soit un signal analo-

gique (comme illustré à la.figure 10), en effectuant ainsi un ajustement des sections efficaces- de l'orifice de dosage d'air 80 et de l'orifice de dosage de combustible 84 à l'aide de pointeaux 78 et 82 respectivement, de façon à réaliser le rapport air/combustible convenable en fonction des-paramètres de teneur en oxygène, pression, température, position du papillon, etc..., tous ces paramètres étant évalués par les capteurs pour être traités à l'aide du microprocesseur dans un servomécanisme à boucle fermée. Le mode de réalisation décrit réagit à une évaluation continue par les capteurs et positionne les pointeaux de dosage par

rapport aux orifices d'air et de combustible, ce qui déter--

mine les conditions de fonctionnement du moteur qui engen-

dre des caractéristiques de sortie à nouveau évaluées en continu par les capteurs, ce qui donne lieu à un système à rétroaction en boucle fermée: d'abord par les paramètres

de sortie évalués par les capteurs, puis par le position-

nement des pointeaux de dosage du rapport air/combustible

* qui,-à leur tour, déterminent les caractéristiques de sor-

tie du moteur.

Si l'on se reporte maintenant au mode de réali-

sation représenté à la figure 6, l'armature 50, le corps, les bobines et le manchon sont pratiquement les mêmes que ceux décrits précédemment. Toutefois, le pointeau de dosage 82 est remplacé ici par une aiguille de section constante 82a tandis que le pointeau de dosage 78 est remplacé par une aiguille de section constante 78a. On peut faire vaârier les caractéristiques du dispositif de la figure 6 à l'aide d'un ressort 104, comprimé entre un siège fixe 101 du corps 60 et un écrou unique 106 qui est engagé en position réglable

sur une tige allongée filetée 81,et d'un ressort 105,com-

primé entre l'écrou 106 et un épaulement 107 porté par un

manchon allongé 90. Les ajustements de l'écrou 106 déter-

minent la position neutre de l'armature 50. Le "gain" est

la variation de la-réponse du dispositif à un signal d'exci-

tation et il peut être modifié en fonction de l'ajustement ensuite initialmais reste/pratiquement constant. En fonctionnement, l'intensité du courant dans les bobines donne une position particulière aux aiguilles de dosage 78a, 82a par réglage micrométrique ou infinitésimal, en'fonction-de la valeur moyenne, dans le temps, du signal numérique de la figure 9A

ou de l'amplitude du signal analogique de la figure 10.

Si l'on se reporte maintenant aux figures.7 et 8, il y est représenté un nouveau mode de réalisation' de l'invention dans lequel l'actionneur réagit à nouveau à une valeur moyenne, dans le temps, du signal numérique de la figure 9A ou du signal analogique de la figure 10-en vue d'ajuster de façon micrométrique les orifices d'air et de combustible à l'aide de moyens de dosage. Le réglage de la section efficace de ces orifices est effectué par le dispositif à peu près de la manière décrite ci-dessus en référence aux figures 2 et 3 mais il existe une différence dans la réponse du dispositif en raison de l'emplacement nouveau attribué aux ressorts. Etant donné. les petites différences de construction, on va décrire l'appareil dans

sa totalité.

Comme dans les modes de réalisation précédents,

l'armature 50 des figures 7 et 8 est faite d'un aimant per-

manent 62. à deux pièces polaires opposées 64, 66 fixées aux

extrémités de cet aimant 62. Le corps 60 qui entoure l'ar-

mature 50 porte deux bobines 56, 58 qui, lorsqu'elles sont excitées, provoquent un déplacement mécanique de l'armature 50. La quantité de courant qui est nécessaire pour exciter les bobines 56, 58 est en accord avec les caractéristiques d'un signal variable engendré par le microprocesseur, le

caractère du signal et sa durée étant développés par l'al-

gorithme du microprocesseur. Tout comme dans les modes de réalisation précédents, un manchon perméable magnétiquement 68 entoure les bobines 56, 58 et contribue à diriger le

flux magnétique pendant l'excitation des bobines. Une pla-

que mobile 52a est disposée à l'une des extrémités de l'ar-

mature 50. Un pont fixe 108 porte un écrou 110 dont la posi-

tion est réglable par rapport à ce pont 108. On fait tourner l'écrou 110 en vue de déplacer longitudinalement un ressort hélicoïdal 112 dont l'une des extrémités est vissée dans

l'écrou 110 et dont l'autre extrémité est vissée à l'inté-

rieur de la'pièce polaire 66 à laquelle elle est ainsi fixée0 Par conséquent, en faisant tourner l'écrou 110, on est en mesure de régler la position du ressort 112 et par conséquent de déterminer la position zéro ou neutre de

l'armature 50 et de la plaque 52a au moment o aucun cou-

rant ne passe dans les bobines-56 et 58.

Une autre possibilité de réglage est offerte par une vis intérieure 114 qui se visse à l'intérieur du ressort

hélicoïdal 112, au niveau de l'ouverture intérieure de l'é-

crou 110, si bien que, lorsqu'on le fait tourner de façon à l'abaisser, on détermine le nombre effectif des spires du ressort 112 qui sont-libres d'agir en compression ou en

traction pour n'importe quelle position de l'armature 50.

On a ainsi contrôlé le "gain" une fois que le ressort a été positionné par rotation de l'écrou 110. En agissant sur cet écrou 110 et sur la vis 114, on peut déterminer la position

neutre ou zéro et les caractéristiques de réponse de l'ar-

mature 50 à un signal donné, engendré par le microprocesseur.

La longueur efficace du ressort 112 et son tara-

ge sont les deux caractéristiques réglables qui permettent à l'utilisateur de faire varier la position statistique et la réponse du dispositif à un signal d'entrée donné. Ces deux sortes de réglage sont relativement faciles à mettre en oeuvre et peuvent non seulement être mises à profit initialement pour calibrer l'appareil mais encore restent disponibles pendant toute la durée de vie de l'appareil en

vue d'optimiser son fonctionnement sous certaines condi-

tions. On va décrire maintenant le fonctionnement du dispositif conforme à l'invention. Si l'on se reporte aux

figures 1, 2, 3, 9 et 11, le dispositif est calibr&éinitia-

lement de façon à répondre aux signaux provenant continuelle-

ment du microprocesseur 18, le signal de sortie du micropro-

cesseur étant en relation avec les conditions de fonctionne-

ment telles qu'elles sont déterminées par les capteurs 10, 12, 14 et 16. Ceci est aussi illustré schématiquement à la figure Il o les capteurs apparaissent comme adressant des

signaux d'entrée au microprocesseur 18. La sortie de celui-

ci a la forme d'un signal numérique binaire, fourni, de

façon continue àun organe de réglage du rapport air/com-

bustible qui est désigné dans son ensemble par la référen-

ce 20. Le signal qui est utilisé dans le dispositif de la

figure 3 est un signal binaire dont l'onde a la forme visi-

ble à la figure 9, c'est-à-dire unsignal pulsatoire récurrent ayant un cycle de travail de 15 à 85 % environ. Lorsque le microprocesseur émet, l'impulsion "+ 1" est transmise aux bobines espacées 56 et 58 sous forme d'un courant qui pro- voque le déplacement de l'armature 50, faite de l'aimant permanent 62 et des deux pièces polaires 64 et 66. La mise en action de l'armature 50 provoque le déplacement du moyen de liaison 52 vers le bas, comme indiqué par la flèche 21 de-la figure 3,et met la tige de soupape 46 et la tige de dosage 23 à la position convenable, comme illustré à la figure 2. Ces

deux organes de réglage déterminent ainsi le débit du com-

bustible qui est effectivement dosé par l'orifice 26 et le débit de l'air d'émulsion de ralenti qui est dosé par le tiroir 44. Ceci détermine le rapport air/combustible dans le mélange carburé qui est envoyé aux cylindres du moteur ou son carburateur à combustion interne, ce moteur/étant schématisé en I1 à la figure 111. Les paramètres de sortie du moteur Il sont à nouveau évalués directement ou indirectement par les capteurs

1.0, 12, 14, 16 représentés aux figures 1 et 11, ce qui consti-

tue un système de rétroaction à boucle fermée, selon le cir-

cuit schématisé à la figure 11. Lorsque le signal tel que' celui de la figure 9 termine son intervalle "marche" ou "1" binaire, l'amplitude redevient nulle, ce qui coupe l'excitation des bobines 56 et 58 du dispositif 19 (figure 3) le ressort 54 ramène alors le moyen 52 à sa position neutre ou zéro en repositionnant le tiroir d'air d'émulsion de ralenti 44 et la tige de dosage de combustible 23 et en modifiant une fois de plus le débit du combustible dosé et de l'air dosé, c'est-à-dire en influant à nouveau sur le

rapport air/combustible.

Il s'agit là des deux positions qui sont affec-

tées par le dispositif de commande. Bien entendu, il est envisagé, dans le cadre de l'invention, de modifier la forme d'onde en ce qui concerne l'intervalle de temps du cycle de travail, c'est-à-dire toute fraction de l'onde

comprise entre 0 % et 100 %O C'est une importante caracté--

ristique de la présente invention q'il y ait une réponse quasi instantanées correspondant à un signal passant de "0" à "1"'. Toutefois, il s'est avéré très difficile jusqu'ici

de réaliser le temps de réponse d'un tel signal et de con-

vertir mécaniquement ce signal en un positionnement quasi instantané des soupapes; une particularité de la présente invention est qu'elle ait une réponse presque instantanée. Ainsi, l'amplitude de courant exigée pour l'excitation totale des bobines du dispositif est réalisée presque instantanément

en raison des caractéristiques constructives de la combinai-

son d'armature, de bobines, de corps et de manchon. La ré-

ponse de l'armature à l'excitation des bobines en vue de la conversion mécanique, c'est-à-dire du positionnement de la tige de dosage 23 et du tiroir 44 par rapport à l'orifice de dosage 26 et à la soupape d'air d'émulsion de ralenti 43, consiste en ce que, dès l'établissement du courant dans les bobines, une force se développe instantanément sur l'armature,

l'armature ayant des dimensions et des propriétés de cou-

plage magnétique avec le champ telles qu'il en résulte un

déplacement quasi instantané et un positionnement extrême-

ment sensible de la soupape et de la tige de dosage.

Par conséquent, l'une des caractéristiques es-

sentielles de l'invention est que, par un réglage électroni-

que du cycle de travail, effectué de l'une des manières bien connues dans ce domaine technique, cette invention permette d'ajuster presque instantanément le rapport air/

combustible. La présente invention utilise un signal bi-

naire et repose sur le principe qu'il existe des temps soit "riches" soit "pauvres" à n'importe quel instant. Cependant, la moyenne de ces instants sur un assez grand laps de temps

produit le rapport air/combustible global désiré. Ceci cor-

respond au principe bien connu de la "moyenne" pour réali-

ser les conditions de fonctionnement désirées.

Il est fait maintenant référence au dispositif de la figure 5 pour exposer le fonctionnement du dispositif de typea n equel les bobines d'excitation associées à l'actionneur réagissent soit à un signal analogique, soit à

un signal numérique convenable.

En ce qui concerne donc le fonctionnement du dispositif de la figure 5, en liaison avec les figures 1, 2, 10 et 11, le microprocesseur 18, en réponse aux capteurs 10, 12, 14 et 16, engendre un signal de sortie dont l'amplitude provoque le passage d'un courant correspondant

dans les bobines de l'actionneur 20. Par exemple, le micro-

processeur 18, qui peut émettre un signal de sortie numérique

ou analogique, émet dans l'un de ces cas un signal analogi-

que qui engendre dans les bobines un courant dont la valeur est déterminée par la grandeur de ce signal. De même, la

position des pointeaux 78 et 82 dans les orifices de dosa-

ge d'air 80 et de combustible 84 leur est donnée presque-

instantanément puisque l'une des caractéristiques de l'ac-

tionneur 20 est le développement d'une réponse quasi ins-

tantanée en raison de la force engendrée par l'armature 50 en réponse au courant établi dans les bobines 56, 58. Ainsi, le mouvement des pointeaux ou aiguilles de dosage vers les positions convenables se produit presque instantanément dans

un cadre de temps en relation directe avec l'instant de l'am-

de siqnal plitude/(figure 10) et de passage instantané du courant dans les bobines (figure 5). C'est nourquoi ce dispositif, comme décrit, est capable de réagir indifféremment à des signaux de type numérique (binaire) ou analogique. Certains des

dispositifs que l'on connaît actuellement ne sont pas com-

patibles avec un signal de type numérique ou analogique.

Les dispositifs illustrés aux figures 6 et 7 - 8>

fonctionnent pratiquement de la même manière que le dispo-

sitif analogique qui a été décrit en détail en référence à la figure 5. Le fonctionnement des dispositifs des figures

6 et 7 - 8 ne sera donc pas détaillé ici car ceci entraîne-

rait une simple répétition des explications déjà données.

Cependant, le mode de réalisation des figures 7 et 8 com-

porte des possibilités originales d'ajustement mécanique grâce auxquelles il est établi une corrélation plus étroite entre le signal électronique de sortie de la figure 9A ou de la figure 10 et la réponse mécanique du dispositif à ce signal L'ajustement dans ce cas peut se faire par une double action sur le ressort de rappel 112. L'une de ces actions est due à l'écrou 110 que l'on peut faire tourner par rapport à son support, c'est-a-dire par rapport au pont

fixe 408; un tel mouvement fait avancer le ressort hélicol-

dal 112 à l'intérieur de l'ouverture centrale de l'écrou I-....' noter que la commande illustrée

- i '-, f -- ' de la, demande de brevet euro-

r'a* [:,ub!: * - su? iFe num:ro CC 1 5 73, qui revendique la priorJ-- de la demande de brevet Canac'da n 323,331 du

/o:.a:'s 1979 c7' C qu' di-nC,- nota,mmen' la France.

et amène l'armature- 50.,à la position longitudinale préférée par rapport aux bobines-56, 58. De plus, un tel mouvement d'avance du ressort hélicoïdal 112 détermine le nombre effectif des spires de ce ressort qui donnent sa position à l'armature 50 lorsque les bobines 56, 58 ne-sont pas excitées. La vis intérieure 114, qui peut avancer sous l'écrou 110 à l'intérieur du ressort 112, a le même pas, sur son filetage extérieur, que la surface intérieure du

ressort 112, ce qui permet à la vis 114 de régler le nom-

bre effectif des spires du ressort et par conséquent la réponse à un signal d'entrée donné. Le mode d'ajustement

décrit en premier lieu permet aussi de déterminer la posi-

tion neutre ou zéro de l'armature 50 à pièces polaires 64, 66, par rapport aux bobines 56, 58. Il est essentiel que, pendant le fonctionnement de l'actionneur, les pièces polaires 64, 66 se trouvent à tout moment à l'intérieur de la zone délimitée par les bobines de telle sorte que

la réponse au mouvement de l'armature 50 créé par ces bo-

bines soit à tout moment linéaire sans être affectée par le

degré de mouvement de l'armature. Un certain degré d'ajus-

tement de la réponse peut être obtenu à l'aide de l'écrou et du ressort hélicoldal,112 en vue de faire avancer ou reculer l'armature 50, ce qui permet de déterminer au mieux la position neutre ou initiale de l'armature 50 par rapport aux bobines 56, 58. Le mouvement de l'actionneur est limité, dans un.. sens, par contact d'une partie de la plaque 52a avec l'écrou 110 et, dans le sens opposé, par contact de la pièce polaire 64 avec la butée 70 du corps 60.

Bien que l'invention ait été décrite en réfé-

rence à certainsde ses modes de réalisation, il va de soi que ces derniers n'ont qu'un caractère illustratif et que l'invention n'est pas limitée à ceux-ci mais englobe toutes les modifications et variantes que peuvent leur apporter les

spécialistes en la matière.

C

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Dispositif pour régler le débit d'un fluide, en particulier dans un carburateur, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens formant un orifice de dosage (84); des moyens (82, 82a) pour régler les dimensions efficaces de cet orifice (84) par un mouvement longitudinal les rapprochant ou les éloignant de la région dudit orifice (84) en vue de déterminer la section libre de ce- dernier; une armature (50) comprenant un aimant permanent (62) et des régions polaires Nord et Sud (64, 66); une bobine (56, 58)

entourant chaque région polaire (64, 66) et ayant des dimen-

sions latérales lui permettant de s'adapter circonféren-

tiellement à chaque région polaire (64, 66) sur toute la gamme effective de son mouvement longitudinal; des moyens de rappel élastiques (86, 86a, 104, 105, 112) sollicitant l'armature (50) vers une position neutre; des capteurs

(10, 12, 14, 16) disposés à-distance pour évaluer des con-

ditions de fonctionnement influencées par ledit orifice (84); des moyens (18) pour exciter les bobines (56, 58) en réponse à des signaux fournis par les capteurs (10, 12, 14,

16) et pour émettre selon le cas un signal numérique ou ana-

logique; et des moyens de rétroaction vers les moyens de réglage (82, 82a) des dimensionsdu susdit orifice (84), agencés pour déterminer le mouvement et la position de ces moyens de réglage (82, 82a) en fonction du signal

numérique ou analogique émis.

2. Dispositif selon la revendication 1, carac-

térisé en ce qu'il comprend un manchon d'entourage (90) et une tige de transmission (81) fixée à l'armature (50) et s'étendant à l'intérieur de ce manchon (90) et en ce que les moyens de rappel élastiques comprennent un ressort (86) dont une extrémité crée un effort de rappel sur une partie de l'armature (50) et dont l'autre extrémité s'appuie sur une partie intérieure fixe (88) du manchon (90), ce grâce à quoi l'armature (50) et les moyens de réglage (82) de l'orifice (84) -sont sollicités dans le sens de l'ouverutre

de ce dernier.

3. Dispositif selon la revendication 1, carac-

térisé en ce qu'il comporte une tige de transmission (81) fixée à l'armature (50) et munie d'une portée filetée, un manchon (90) entourant la tige de transmission (81) et

deux écrous (92, 102) engagés en position réglable indi-

viduellement sur ladite portée filetée; en ce que les moyens de rappel élastiques comprennent deux ressorts (8,6, 86a) qui sont réglables respectivement à l'aide des écrous (92, 102) et dont l'un (86) porte contre une partie fixe (98) du dispositif et sollicite dans un premier sens l'un des écrous (92), la tige de transmission (.81) et l'armature (50) tandis que l'autre ressort (86a) s'appuie contre une

autre partie fixe (100) et agit en antagonisme avec le pre-

mier ressort (86) sur le deuxième écrou (102); et en ce

que chacun des écrous (92, 102) est déplaçable individuel-

lement de façon à ajuster la compression de son ressort

(86, 86a), ce qui détermine la position neutre de l'arma-

ture (50), de la tige de transmission (81) et des moyens de réglage (82) de l'orifice (84) dans le cas o aucune

excitation ne provient des movens (18) pour exciter sélec-

tivement les bobines (56, 58).

4. Dispositif selon la revendication 1, carac-

térisé en ce qu'il comprend un élément fileté (81) fixé à l'armature (50) et un écrou (106) engagé en position réglable sur l'élément fileté (81); et en ce que les

moyens de rappel élastiques comprennent deux ressorts op-

posés (104, 105) qui portent par l'une de leurs extrémités respectivement contre deux parties fixes (101, 107) écartées l'une de l'autre tandis que leur autre extrémité porte contre

l'écrou réglable (106), les ressorts opposés (104, 105) déter-

minant la position neutre de l'armature (50) lorsque les

bobines (56, 58) ne sont pas excitées.

5. Dispositif selon la revendication 1, carac-

térisé en ce qu'un ressort (112), constituant les moyens de rappel élastiques, est fixé par une extrémité à l'armature (50) et est engagé par son autre extrémité dans un écrou (110) et en ce qu'une vis (114) est disposée à l'intérieur

du ressort (112) et de l'écrou (110), l'ajustement de l'é-

varler crou (110) et de la vis (114) faisant la position neutre de l'armature (50)-et la réponse du ressort (112)o 6e Procéde pour régler la section efficace d'un orifice influant sur le débit d&un fluide, caractérisé

par les phases suivantes:placer,dans.cet orifice, des mo-

yens de réglage capables de régler la section efficace de cet orifice en fonction de leur position longitudinale dans celui-ci; éva1uer à distance de façon continue un groupe de paramètres de fonctionnement à l'aide de moyens capteurs; exciter des bobines avec un courant électrique dont l'amplitude est déterminée par les moyens capteurs; disposer dans le champ de ces bobines un -ensemble magnétique constitué de deux pièces polaires reliées par un élément magnétique longitudinal formant armature; accoupler cette armature aux moyens de réglage; et opposer au

déplacement de l'armature sous l'effet du courant d'excita-

f laction

tion/de moyens de rappel élastiques qui, lorsque les bobi-

nes ne sont pas excitées, déterminent la position neutre de l'armature et des moyens de réglage de l'orifice accouplés

à cette armature.

7. Procédé selon la revendication 6, caracté-

risé par les phases supplémentaires suivantes: convertir le courant provenant des moyens capteurs à l'aide d'un microprocesseur et transmettre des signaux numériques binaires provenant du microprocesseur aux bobines afin d'actionner l'armature pendant des intervalles de temps

prédéterminés, de 1,0 ou de + 1, -1.

8. Procédé selon la revendication 6, caractéri-

se par les phases supplémentaires suivantes: convertir le courant électrique provenant des moyens capteurs à

l'aide d'un microprocesseur, transmettre un dourant analo-

gique provenant du microprocesseur aux bobines pour assurer une excitation magnétique constituant un équivalent

analogique du courant passant dans les bobines, et position-

ner les moyens de réglage de l'orifice en quantités micro-

métriques,-fonction des informations des moyens capteurs.

9. Procédé selon l'une des revendications 7 et

8, caractérisé en ce que les moyens de rappel élastiques

comprennent deux organes de rappel opposés agencés de fa-

çon à s'opposer aux déplacements de l'armature sous l'effet

du courant créé par le microprocesseur et les moyens cap-

teurs, ce qui détermine la position neutre de l'armature et des moyens de réglage de l'orifice qui sont accouplés

à cette armature.

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10. Procédé selon la revendication 9, carac-

térisé en ce qu'une tige de transmission, fixée à l'arma-

ture, porte un écrou dont la position est réglable le long d'une partie de cette tige, les deux organes de rappel opposés agissant en opposition sur l'écrou de façon à dé- terminer, lorsque les bobines ne sont pas excitées, la

position neutre de l'armature et de la tige de transmis-

sion fixée à cette armature.

l. Procédé selon la revendication 6, caracté-

risé en ce qu'on adapte d'une part l'une des extrémités des moyens de rappel élastiques à l'intérieur d'un écrou et d'autre part une vis à l'intérieur des moyens de rappel élastiques et de l'écrou et en ce qu'on règle la position

de l'écrou et de la vis de façon à faire varier la posi-

tion neutre de l'armature et la réponse des moyens de rap-

pel élastiques.

12. Procédé pour régler à distance la section efficace d'un orifice influant sur le débit d'un fluide, caractérisé par les étapes suivantes: évaluer de façon continue des paramètres physiques sous forme d'analyse gazeuse, position d'un organe d'étranglement, pression et température; fournir en continu de telles informations à un microprocesseur en vue d'engendrer un signal électrique converti; transmettre ce signal électrique converti à

deux bobines magnétiques; convertir mécaniquement l'exci-

tation de-ces bobines à l'aide d'un organe à aimant perma-

nent de façon à déplacer une armature et des moyens de réglage de l'orifice reliés à cette armature, cet orifice influant à son tour sur les paramètres physiques évalués quisont renvoyés par un circuit à boucle fermée-à des capteurs sensibles aux paramètres physiques engendrés par l'action des moyens de réglage; et opposer de façon continue, aux déplacements de l'armature par les bobines,

des moyens de rappel élastiques ayant un certain tarage.

13. Procédé selon la revendication 12, carac-

térisé en ce que le signal électrique converti, transmis

par le microprocesseur aux bobines, a la forme d'un si-

gnal numérique ou d'un signal analogique.

14. Procédé selon la revendication 12, carac-

térisé par des moyens à cycle de travail variable pour influer sur le signal électrique converti qui est transmis

aux deux bobines magnétiques.

15. Procédé selon la revendication 12, carac-

térisé en ce que la transmission du signal électrique con-

vérti aux deux bobines produit un déplacement mécanique quasi instantané de l'armature et en ce qu'on règle la réponse de l'armature en faisantvarier le tarage des

moyens de rappel élastiques qui s'opposent aux déplacements.

de l'armature.

16. Procédé selon la revendication 15, caracté-

risé en ce qu'on règle la réponse mécanique de l'armature au signal électrique converti, à n'importe quelle position de l'armature, en faisant varier le tarage des moyens de rappel élastiques à la position considérée de l'armature,

en faisant aussi varier le gain de la réponse.