FR2577993A1 - Procede de regulation en continu de l'alimentation d'un moteur en carburant a l'etat gazeux et dispositif mettant en oeuvre ledit procede - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE REGULATION EN CONTINU DE L'ALIMENTATION D'UN MOTEUR COMMANDE PAR UN UTILISATEUR ET FONCTIONNANT A L'AIDE DE CARBURANT ET D'AIR, LEDIT PROCEDE CONSISTANT: A.A ANALYSER LES GAZ D'ECHAPPEMENT A L'AIDE D'UNE SONDE L, 4; B.A TRANSMETTRE LES SIGNAUX EMIS PAR LA SONDE L, 4 A UN BOITIER ELECTRONIQUE 3; C.A COMMANDER PAR LEDIT BOITIER ELECTRONIQUE 3, L'ALIMENTATION EN CARBURANT. SELON L'INVENTION, L'ALIMENTATION DU MOTEUR EN CARBURANT EST ASSUREE DE FACON VARIABLE MECANIQUEMENT PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN ORGANE D'OBTURATION 10 DISPOSE DANS LA CONDUITE D'ALIMENTATION EN CARBURANT DU MOTEUR DE MANIERE A OBTENIR UN MELANGE AIR-CARBURANT PAUVRE EN VUE D'OPTIMISER LE RENDEMENT OU UN MELANGE AIR-CARBURANT RICHE, EN VUE D'OPTIMISER LA PUISSANCE.

Description

Procédé de rélation en continu de l1alimentation alun moteur en carburant àl'état gazeux et dispositif
mettant en oeuvre ledit procédé.

La présente invention concerne un procédé de régulation de l'alimentation dcun moteur en carburant à l'état gazeux.

L'industrie automobile est directement concernée par les problèmes d'économie d'énergie. Elle s'intéresse donc, en particulier, à la régulation de l'alimentation en carburant des moteurs à combustion interne, notamment ceux fonctionnant avec un carburant à l'état gazeux.

Ltutilisation d'un carburant à l'état gazeux est particulièrement avantageuse, car les mélanges aircarburant à l'état gazeux sont plus homogènes que les mélanges air-carburant à l'état liquide pulvérisé. La régulation de l'alimentation en carburant permet d'optimiser le rendement du moteur, ctest-à-dire d'obtenir un m8me travail pour une consommation moindre de carburant.

Cette optimisation du rendement se fait toujours au détriment de la puissance du moteur. Néanmoins, pour le confort de l'utilisateur, la régulation est conçue pour privilégier et optimiser à certains moments la puissance par rapport au rendement, notamment lors dss reprises et dans certains autres régimes. transitoires. Leutilisa- tour du moteur régulé, en agissant sur les commandes du moteur, peut optimiser soit le rendement, soit la puissance.

La régulation de l'alimentation en carburant pour les différentes configurations de fonctionnement du moteur se fait à partir des informations reçues de différents capteurs placés judicieusement par rapport au moteur.

Ces informations sont utilisées pour réguler la quantité de carburant nécessaire au fonctionnement optimal du moteur et, notamment, pour réguler la richesse en carburant du mélange air-carburant entrant dans le moteur.

Qr
Cette richesse est définie par le rapport r = où
Qs Qr est le débit de carburant entrant réellement dans le moteur, et Qs est le débit de carburant qu'il faudrait fournir au moteur pour que la réaction de combustion du carburant, avec l'air entrant réellement dans le moteur soit stoechiométrique.

Pour déterminer la richesse d'un mélange air-carburant entrant dans un moteur, llHo e de l'art utilise notamment les signaux émis par un capteur appelé sonde A, positionné dans la conduite des gaz d'échappement du moteur.

Pour la clarté de l'exposé, on se réfèrera ci-après à la figure 1 des dessins annexés, qui se rapporte précisément à cette sonde A, tandis que les autres figures concernent la présente invention. Sur ces dessins a
La figure 1 représente la courbe de variation des signaux émis par une sonde A en fonction de la richesse du mélange air-carburant entrant dans un moteur à combustion interne;
La figure 2 représente le schéma général d'un moteur équipé dun dispositif selon l'invention;
Les figures 3 et 4 sont des vues en coupe d'une aSme forme de réalisation de l'organe obturateur du dispositif selon l'invention;;
La figure 5 représente une vue en coupe d'une autre forme de réalisation de l'organe obturateur du dispositif de l'invention;
La figure 6 représente le bloc diagramme du bottier électronique et des organes associés.

La figure 1 représente la courbe usuelle do la variation du signal émis par une sonde # en fonction de la richesse du mélange air-carburant entrant dans un moteur. Cette courbe présente deux paliers correspondant aux signaux de saturation haut et bas de la sonde À (parties sensiblement horizontales, à gauche et à droite de la courbe) et une forte transition entre ces deux paliers (partie sensiblement verticale, dans la partie médiane de la courbe) correspondant sensiblement à une valeur stoochiométrique de la richesse du mélange.Le signal bas (partie gauche) correspond au mélange air-carburant dit "pauvre" (en carburant3, dont la richesse r est inférieure à 1, et le signal haut (partie droite) correspond au mélange air-combustible dit "riche" (en carburant), dont la richesse r est supérieure à 1. Quelle que soit la sonde À utilisée, il est connu que les signaux de saturation haut et bas sont affectés notamment par les variations de température des gaz dtéchappement et quil est préférable d'en tenir compte dans toute régulation utilisant les signaux émis par une sonde # # dans ces deux zones dé saturation.

A ltheure actuelle, dans la plupart des procédés de régulation connus, l'alimentation d'un moteur en carburant, liquide ou gazeux, est effectuée de telle façon que la richesse r du mélange air-carburant soit supérieure ou égale à 1, ctest-à-dire avec un mélange riche en carburant ou stoechiométrique. Or, le rendement optimal d'un moteur n'est obtenu que lorsque la richesse est légèrement inférieure à 1, entre 0,90 et 0,95 ce qui n'est donc pas le cas avec ces procédés connus.

Par ailleurs, quand le mélange est maintenu sensiblement riche, par exemple pour r égal à 1,05, on obtient la puissance optimale moteur, mais tout le carburant n'est pas utilisé, ce qui va à l'encontre des exigences actuelles qui sont d'économiser lwénergie et, donc, le carburant.

La mise en oeuvre de ces procédés connus utilise des dispositifs en boucle formée comprenant des capteurs et, en particulier, une sonde À placée dans la conduite des gaz d'échappement du moteur dont l'alimentation en carburant est regelée, un bottier électronique et un organe d'obturation placé dans la conduite d'arrivée du carburant au moteur. Comme etat de la technique connue, pour moduler la quantité de carburant à l'état gazeux devant entrer dans le moteur, on peut citer le brevet américain 4 364 364 qui utilise un organe obturateur com- mandé de façon hydraulique,comprenant une chicane placée dans la conduite d'alinientatîon en carburant et un piston obturant la chicane, relie de façon rigide a une membrane contenue dans une enceinte fermée, extérieure à la conduite d'alimentation en carburant, le piston pouvant se déplacer lorsque les pressions gazeuses de part et d'autre de la membrane varient sous l'effet d'apport ou d'aspiration de gaz, commandé par le boitier électronique réagissant aux signaux de la sonde, pour laisser plus ou moins passer du carburant vers le moteur.

La présente invention a pour but de proposer un procédé de régulation tendant à répondre aux objectifs d'éco- nomie d'énergie en régulant l'alimentation du moteur pour optimiser le rendement pour un mélange air-carburant pauvre (seuil UB) lorsque le moteur travaille en charge partielle et en régulant cette même alimentation pour optimiser la puissance du moteur pour un mélange air-carburant riche (seuil UR) lorsque le moteur travaille à pleine charge. Ce procédé vise à privilégier alternativement lune de ces deux optimisations par rapport à l'autre en fonction de l'utilisation qui est faite du moteur.

A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé de régulation en continu de l'alimentation en carburant à ltétat gazeux d'un moteur commandé par un utilisateur et fonctionnant à l'aide de carburant et d'air, ce procédé consistant::
a) à analyser les gaz d'échappement pour déterminer la richesse du mélange air-carburant rentrant dans ledit moteur à laide d'une sonde À
b) à transmettre les signaux émis par la sonde A à un bottier électronique,
c) à commander par ledit bottier électronique, l'alimentation en carburant, ledit procédé étant caractérisé en cè que l'alimentation du moteur en carburant est régulée mécaniquement par l'inter- médiaire d'un organe d'obturation de de manière à obtenir un mélange air-carburant pauvre en vue d'optimiser le rendement, ou riche, en vue d'optimiser la puissance, selon l'action exercée par ltutilisateur sur les commandes dudit moteur.

La présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus.

Dans la suite de la présente description, on entend par carburant, un carburant à l'état gazeux ou carburant gazeux choisi dans le groupe constitué par l'hydrogène, les gaz naturels, les gaz de synthèse, les bio-gaz, les gaz de pétrole liquéfiés ou non, et les hydrocarbures vaporisés possèdant au plus douze atomes de carbone, seuls ou en mélange, comme, par exemple, l'essence.

Selon l'invention, la richesse du mélange air-carburant peut être choisie et régulée dans deux domaines complémentaires entre 0,85 et 1,10; le premier domaine de régulation est choisi pour réguler la richesse du mélange air-carburant "pauvre" entre 0,85 et 0,98 et, de préférence, entre 0,92 et 0,95, et le deuxième domaine de régulation est choisi pour réguler la richesse du mélange air-carburant "riche" entre 0,96 et 1,10 et, de préférence, entre 0,96 et 1,06.

Le dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention est constitué par un dispositif de régulation en boucle fermée qui comprend
- au moins un capteur, dont l'un au moins est une sonde À placée dans la conduite des gaz d'échappement,
- un organe obturateur placé dans la conduite d'alimentation en carburant du moteur,
- et un bottier électronique, ce dispositif étant caractérisé en ce que l'organe d'obtura- tion est mécanique et servocommandé par le boîtier électronique, et en ce que ledit bottier électronique comporte au moins un moyen apte à analyser l'amplitude et le sens de variation des signaux émis par la sonde A et éventuellement d'autres capteurs, à traiter ces signaux et à agir sur le mouvement ou l'immobilisation dudit organe d'obturation en fonction de ces signaux.

Selon un dispositif de mise en oeuvre de l'invention, l'organe obturateur mécanique servocommandé peut être constitud dune vanne modulante pouvant obturer la conduite dtalimentation en carburant gazeux du moteur et deun micro- moteur électrique extérieur à la conduite, entraînant avec son arbre ladite vanne, cequi permet à cette dernière de s'ouvrir ou de se fermer progressivement, contrairement aux dispositifs connus dans l'état de la technique, qui foncez tionnent par tout ou rien.

La vanne modulante peut être constituée d'un corps creux comprenant deux orifices disposés respectivement en regard l'un de l'autre ou en équerre correspondant à l'entrée et à la sortie du carburant de la vanne. Le corps creux peut contenir un élément obturateur ayant la forme dtune spirale plane ou dune spirale enroulée sur un volume de révolution de type conique ou cylindrique et éventuellement une platine comportant au moins une lumière rectangulaire ou trapézoldale disposée devant l'orifice d'entrée du carburant pour définir la section de passage efficace du carburant dans la vanne. L'élément obturateur est directement entrant par l'arbre du micromoteur électrique, qui le fait tourner dans les deux sens autour de son centre ou de son axe de révolution.

En tournant, l'élément obturateur fait varier la section de passage réelle du carburant au travers de la vanne modulante.

Selon une réalisation du dispositif de mise en oeuvre de l'invention, l'élément obturateur de la vanne modulante peut tourner d'un angle compris entre 0 et 360 degrés et, de préférence, entre 0 et 300 degrés.

Le micromoteur électrique entraînant l'élément obturateur permettant à la vanne modulante d'obstruer la conduite d'alimentation en carburant est, de préférence, sans collecteur. Un tel micromoteur est particulièrement avantageux en ce qu'il est plus fiable et en ce qu'il ntest pas le siège dlétincelles comme les moteurs avec collecteur. Selon un mode do réalisation préféré du dispositif de mise en oeuvre de l'invention, ce micro- moteur électrique sans collecteur peut outre un moteur pas à pas, qui, en plus d'une fiabilité accrue, présente les avantages de pouvoir entratner directement élément obturateur, sans utiliser de réducteur et, donc, d'être d'un moindre cotit, de ne pas avoir de jeu, titre précis, d'avoir un temps de réponse minimal et une vitesse modulable; de plus, il est possible dtinverser le sens de rotation de élément obturateur de façon quasi instantanée et d'immobiliser ledit élément en position sans l'aide d'un frein annexe.Ce micromoteur présente l'avantage de supporter le blocage et les surtensions inhérentes à l'alternateur des moteurs automobiles sur lesquels peut entre placé le dispositif de l'invention.

Pour assurer un fonctionnement satisfaisant de la vanne modulantes ce moteur pas à pas peut positionner ltélément obturateur dans la vanne sur au moins une vingtaine de positions discrètes pour une course de 3000 d'angle de préférence. Le micromoteur pas à pas peut avoir au moins 24 positions discrètes par tour, correspondant à des pas do 15 degrés dtangle et, de préférence, au moins 48 positions discrètes par tour pour des pas de 7t5 degrés d'angle. Ces angles de pas imposés à l'élément obturateur sont suffisamment faibles pour qu'aucun à-coup gazeux ne soit détecté par la sonde À lorsqu'à un ordre de fermeture de la vanne modulante succède immédiatement un ordre dtouverture, et inversement.

Le fonctionnement du mioromoteur électrique est commandé par le bottier électronique, qui reçoit les signaux émis par la sonde A , mais aussi, éventuellement, les signaux émis par des capteurs annexes, dont il analyse le sons, ltamplitude et la vitesse de variation.

Dans un mode de réalisation préféré, les capteurs annexes se décomposent en capteurs de dépression, en capteurs de températureS en capteurs de régime du moteur, et en capteurs de position de la vanne modulante, appeles aussi contacts de fin de course ouverture ou fermeture.

Ils sont utilisés pour détecter les configurations de fonctionnement particulières du moteur notamment du type reprises, décélération, démarrage à froid, pleine charge et ralenti.

Ces capteurs annexes sont généralement des capteurs à seuil qui peuvent activer un circuit élecronique lorsque leur seuil de référence est dépassé par la grandeur mesurée.

Pour analyser les signaux issus de la sonde À et éventuellement des capteurs annexes-,-le boitier électronique peut disposer dtun premier moyen constitué d'un circuit électronique principal de régulation analysant les signaux de la sonde A et commandant directement le mouvement de l'élément obturateur dans la vanne modulante et, éventuellement, d'au moins un deuxième moyen constitué d'un circuit secondaire de traitement des signaux arrivant d'au moins un capteur annexe, détectant une configuration particulière de fonctionnement.

Le circuit principal de régulation peut se composer d'au moins un commutateur à seuil appelé communément trigger, récepteur du signal émis par la sonde A , deux amplificateurs activés en alternance par ledit trigger et agissant sélectivement et de façon opposée sur le micromoteur, un générateur polyphasé et au moins une horloge. Ces différents composants électroniques permettent de commander le sens, la vitesse et l'amplitude du mouvement de ltélément obturateur dans la vanne modulante via le micromoteur.

Chacun des deux amplificateurs peut entre bloqué lorsque ltélément obturateur touche le capteur contact de fin de course concerné éventuellement disposé sur la vanne modulante.

Ce circuit principal permet de réguler l'alimentation du moteur en combustible à ltétat gazeux lorsque le mélange air-carburant est choisi et maintenu "riche" ou "pauvre" selon que le trigger se réfère à un seuil haut ou un seuil bas.

Les régulations seuil haut et seuil bas caractéristiques du procédé de l'invention peuvent entre réalisés dans le bottier électronique en couplant deux circuits principaux, ltun fonctionnant en seuil haut, autre en seuil bas, le passage de l'un à l'autre pouvant se faire par l'intermédiaire d'un moyen du type interrupteur commandé manuellement au niveau du tableau de bord, à laide d'un contact à l'accélérateur du véhicule équipe, ou encore par l'intermédiaire d'un circuit secondaire de traitement conçu pour activer l'un ou l'autre desdits circuits principaux en réponse aux informations transmises par au moins un capteur annexe.

Les régulations seuil haut et seuil bas peuvent entre réalisées sur le même circuit principal, quand il existe au moins un circuit secondaire de traitement conçu pour changer le seuil de référence du trigger appartenant audit circuit principal.

Pour une utilisation plus aisée du dispositif de régulation sur un véhicule à vitesso variable, les circuits secondaires du boîtier électronique recevant des informations des capteurs annexes associés peuvent contrôler et commander les divers régîmes transitoires correspondant aux différentes configurations de fonctionnement particulières du moteur, par exemple au démarrage à froid, au ralenti, à la décélération, à la marche pleine charge pour laquelle on privilégie la puissance du moteur, ou encore à la marche normale pour laquelle on privilégie le rendement par rapport à la puissance du moteur.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention il peut exister un circuit secondaire de traitement d'état pour une configuration de fonctionnement du moteur, ledit circuit secondaire étant associé à au moins un capteur annexe dont l'analyse est caractéristique de ladite confit guration.

Ce circuit secondaire peut agir sur tout on partie du circuit principal, selon la configuration de fonctionnement, par exemple en agissant sur le trigger pour modifier le seuil de référence, sur ltun des amplificateurs pour privilégier l'ouverture par rapport à la fermeture de la vanne modulante ou inversement, sur l'horloge pour modifier la vitesse du mouvement de 11 élément obturateur, ou encore en annulant l'effet dudit circuit principal en bloquant la vanne en position pleine ouverture et en régulant lsalimentation sur d'autres dispositifs placés sur le conduit dtalimentation en carburant, comme la vanne principale située avant le dispositif de vaporisation du carburant ou éventuellement une vanne de ralenti située après cedit dispositif, ou encore un agencement particulier du vaporiseur-détendeur.

Un des circuits secondaires peut permettre également de couper l'alimentation du moteur en cas dtarrSt intempestif de celui-ci en agissant sur ladite vanne principale.

Dans un mode de réalisation préféré, le bottier électronique peut corriger, selon un mode connu en soi, les seuils haut et bas retenus pour réguler l'alimentation du moteur en fonction de la température des gaz dtéchap- pement, en fonction des variations de la résistance de ltélément chauffant de la sonde , lorsqu'elle en possède un, cette résistance étant liée par une loi connue à la température.

Pour renseigner l'usager d'un moteur équipé du dispositif mis en oeuvre de l'invention, un dispositif de signalisation est relié au bottier électronique pour visualiser, notamment à l'aide de voyants lumineux, par exemple l'ordre d'enrichissement ou d'appauvrissement de l'alimentation en carburant, la régulation riche ou pauvre du mélange air-carburant, la séquence de démarrage ou tout autre phase de régulation.

Ce dispositif peut être installé pour réguler l'ali- mentation d'un moteur en carburant gazeux, ce moteur pouvant déjà dtre alimenté à l'aide d'un carburant liquide, ces deux alimentations fonctionnant alternativement, comme dans la bicarburation.

Ce dispositif présente une autre particularité qui est de s'adapter à toute alimentation de carburant gazeux, qu'elle se fasse en dépression, lorsque le carburant est aspiré dans le moteur par lteffet d'un venturi placé dans la conduite d'alimentation en air, ou qu'elle se fasse sous pression, par une injection en phase gazeuse.

Ce dispositif présente également la particularité intéressante d'adapter l'alimentation du moteur au carburant gazeux réellement utilisé en s'affranchissant des variations de composition.

On décrira maintenant, en référence à la figure 2, un moteur 1 équipé d'un dispositif conforme à l'invention.

Ce dispositif comprend un organe obturateur 2, un boitier électronique 3 et des capteurs 4, 5, 6, 7, 7', 8 et 8'.

L'organe obturateur 2 se compose d'un micromoteur électrique 9, commandé directement par le boîtier électronique 3, et d'une vanne modulante 10, placée sur la conduite d'alimentation 11 en carburant du moteur 1, après le vaporiseur-détendeur 12.

Le carburant à l'état gazeux arrive dans la conduite d'arrivée d'air 13 an moteur, au niveau d'un venturi 14, après le filtre à air 15 et avant le carburateur 16.

Les capteurs 4, 5, 6, 7 et 7', 8 et 8, sont respectivement une sonde #,4 placée sur la conduite des gaz d'échappement 17, un capteur de température 5, situé sur le vaporiseur-détendeur 12, un capteur de régime 6 placé sur le moteur 1, deux capteurs de dépression 7 et 7', placés sur la conduite 18 entre le carburateur 16 et le moteur 1, et des contacts de fin do course d'ouver- ture et de fermeture, 8 et 8', placés dans la vanne modulante 10.

Les signaux des capteurs 4, 5, 6, 7, 71, 8 et 8' sont enregistrés et analysés par le boîtier électronique 3.

Selon les informations fournies par ces signaux, et en fonction, par conséquent, de la séquence de marche du moteur 1, le boiter électronique 3 agit sur la vanne modulante 10 par l'intermédiaire du micromoteur 9 ou directement sur une électro-vanne principale 19 placée sur la conduite d'arrivée du carburant 20 entre le réser voir 21 et le vaporiseur détendeur 12. On peut éventuel- liement disposer une électro-vanne de ralenti 22 sur la conduite 11, entre le vaporiseur détendeur 12 et la vanne modulante 10, pour couper le débit m circuit de ralenti, en particulier en décélération, mais aussi en sécurité en cas darrtt intempestif du moteur.

Les figures 3 et 4 représentent deux vues en coupe d'un mode de réalisation de l'organe obturateur.

La figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne
III-III de la figure 4, tandis que la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3.

Sur la figure 3, la vanne modulante 10 est reliée au micromoteur 9 par son arbre 31. Cette vanne modulante 10 est constituée de deux flasques 32 et 33, comprenant chacun un orifice 34 et 35 correspondant aux conduites dtentrée et de sortie 36 et 37 du carburant gazeux dans ladite vanne 10; les orifices 34 et 35 sont disposés en regard lun de l'autre.

Pris en sandwioh entre les flasques 32 et 33 se trouvent disposés un élément obturateur 40, relié directement en son centre par l'arbre 31 au micromoteur 9, qui le fait tourner, et une platine 38, comportant une lumière 41 de forme trapézofdale.

Des vis 42 et 42' maintiennent solidaires les flasques 32 et 33.

Comme représenté sur la figure 4,l'élément obturateur 40 a la forme d'une spirale plane, au centre de laquelle l'arbre 31 du micromoteur est représenté. La lumière 41 est décalée par rapport à l'orifice 34 d'arrivée du carburant gazeux. Cette position est réglable, afin que la section de passage efficace du carburant, ainsi délimitée, soit adaptée à la puissance du moteur régulé.

Pour lthomme de l'art, il est possible de régler cette section efficace sans utiliser la platine 41, en modifiant les positions relatives des orifices 34 et 35 en regard l'un de l'autre.

La figure 5 représente une autre forme de réalisation possible de l'organe obturateur. Il comprend une vanne modulante 10 commandée par le micromoteur 9, par l'inter- médiaire de son arbre 31. La vanne modulante 10 est composée d'un corps creux cylindrique 44, d'un élément obturateur 45 représente sur la figure dans ltespace, d'une platine 46 et dune conduite de sortie 47 du carburant gazeux. La conduite 47 est reliée à l'intérieur de la cavité 48 du corps creux 44.

La platine 46 est composée de deux tubes coaxiaux 49 et 50, de rayons différents, raccordés par un anneau 51 dont le rayon interne est égal au rayon interne du plus étroit des tubes, 49, et dont le rayon externe est supérieur au rayon externe du tube 50 et égal au rayon externe du corps creux 44.

Le tube 50 est percé, près de son raccordement avec l'anneau 51, d'une lumière trapézoidale 52. La position de cette lumière 52 devant la conduite de sortie du carburant 47 est réglable par rotation de la platine 46 sur elle-même.

L'organe obturateur 45 se compose de deux parties 53 et 54.

La partie 53 placée à l'intérieur du corps creux 44 et dans le tube 50 de la platine 46 a une forme spiralée de révolution autour d'un cylindre de rayon sensiblement égal au rayon interne du tube 50.

La deuxième partie 54 de l'élément obturateur 45 maintient la première partie 53 dans le corps creux 44. Cette partie 54 est reliée au micromoteur 9 par son arbre 31 logé dans la cavité 55. Elle sert en outre de support aux contacts de fin de course.

La figure 6 représente le bloc diagramme 60 du boîtier électronique 3, relié à la sonde A 4 et aux capteurs annexes 5,6, 7, 7, 8 et 8',au micromoteur pas à pas 9 qui entraîne la vanne modulante 10, au dispositif de signalisation 61, aux électrovannes 19 et 22 disposées dans la ligne d'alimentation en carburant du moteur thermique, et à la batterie 63 du véhicule équipé.

Ce bloc diagramme 60 fait apparaître les différents moyens qui concourent à réaliser les fonctions dévolues à l'électronique selon l'invention.

Il comporte des alimentations stabilisées 62 raccordées à la batterie 63 du véhicule. En outre, ce diagramme révèle la présence de quatre circuits de traitements d'état 64, 65, 66 et 67 correspondant respectivement à quatre des cinq configurations de fonctionnement du moteur, envisagées dans le procédé de l'invention, cest-à-dire la configuration démarrage 64, la configuration ralenti 65, la configuration déccélération 66 et la configuration pleine charge 67. La configuration marche normale, cinquième des configurations sera décrite ultérieurement, lors de l'étude des fonctions dévolues à l'électronique.

Chacun des circuits de traitement d'état 64, 65, 66 et 67 est constitué d'un assemblage de composants électroniques, comme des amplificateurs, des transistors et des horloges, réunis dune manière connue en soi, comme il est décrit dans: "L'électronique des ordinateurs : les circuits de logique". de J.J.LAUPRETRE et D. SMITHSON, dans la série Initiation aux nouveautés de la Science publié chez DUNOD.

Les circuits de traitement d'état 64, 66 et 67 reçoivent directement les signaux émis respectivement des capteurs annexes 5, 7 et 7X. On notera que les signaux émis par le capteur de régime 6 sont d'abord mis en forme par un circuit de mise en forme 68 connu en soi, avant entre exploités par les deux circuits de traitement d'état 65 et 66 et par les amplificateurs 69 et 70 de commando respective des électrovannes daliventation en gaz 19 et 22 situées sur les conduites dtalimentation en gaz 20 et 11 de la figure 2.

En outre, sur le diagramme 60, est représenté un générateur polyphasé 71, alimentant le micromoteur pas à pas 9 extérieur au boîtier électronique qui entraîne lui-même l'élément obturateur de la vanne modulante 10.

Ce générateur polyphasé 71 agit sur le micromoteur 9 en réaction aux signaux qu'il reçoit danse part, dtun amplificateur blocable d'ouverture 72 ou d'un amplificateur blocable de fermeture 73, et d'autre part, de l'horloge 74. Cette horloge 74 peut recevoir des signaux correspondant à des ordres de fonctionnement provenant d'un des circuits de traitement d'étant 65, 66 et 67 et des amplificateurs blocables 72 et 73. Elle envoie un signal de référence au générateur polyphasé 71.

Les amplificateurs dtouverture et de fermeture 72 et 73 reçoivent directement des signaux issus de l'un des circuits de traitement d'état 64, 65, 66, 67, lorsque celui-ci est activé, et/ou d'un commutateur à seuil 75, appelé communément trigger. Ce trigger 75 analyse les va riations du signal émis par la sonde À , 4, par rapport à un seuil de richesse haut ou bas selon la configuration de fonctionnement du moteur. Il reçoit en outre des signaux émanant du circuit de traitement d'étant pleine charge 67; lui commandant de changer son seuil de référence si besoin est.

Quelle que soit la configuration de fonctionnement du moteur lorsque l'un des contacts de fin de course ouverture 8 ou fermeture 8t est actionné par l'élément obturateur de la vanne modulante, lorsque celui-ci est en position pleine ouverture ou complète fermeture dans la vanne, il envoie un signal à l'amplificateur douver- ture 72 ou de fermeture 73 pour le bloquer, jusqu'à ce qu'une nouvelle analyse du signal de la sonde#,4 permette l'inversion du mouvement de l'élément obturateur.

Chacun des moyens et composants électroniques décrits cl dessus ont une fonction bien déterminée pour réguler l'alimentation du moteur en combustible à l'état gazeux.

Ainsi, la richesse du mélange air-gaz entrant dans le moteur est mesurée à tout instant par le signal de la sonde # ,4. Les variations de ce signal sont analyses à tout instant par le trigger 75 par rapport à une valeur seuil haut ou bas correspondant à la richesse voulue du mélange air-carburant.Ce trigger 75 interprète le sens et l'amplitude du signal, en agissant soit sur ltamplifi- orateur d'ouverture 72, lorsque la richesse mesurée est inférieure à celle attendue, soit sur l'amplificateur de fermeture 73, lorsque la richesse mesurée y est supérieure. Lss amplificateurs 72 et 73 sont agir en combinaison avec l'horloge 74 sur le générateur polyphasé pour modifier le sens et la vitesse du mouvement du micro moteur pas à pas 9 et donc ceux de l'élément obturateur de la vanne modulante 10.

La vitesse du mouvement de l'élément obturateur est liée à la fréquence du courant polyphasé, alors que le sens du mouvement (ouverture ou fermeture) est lié à l'or- dre de succession des phases du courant.

Or cet ordre de succession des phases du courant engendré dépend de l'ordre de mise sn fonctionnement de l'amplificateur 72ou 73 par le trigger 75, la fréquence de ces phases étant commandée par l'horloge 74. A fréquence nulle du courant polyphasé engendré, l'élément obturateur a une vitesse nulle et donc il s'immobilise en position.

Le seuil do commutation du trigger 75 sera déterminé par le fonctionnement ou l'arrêt du circuit de traitement d'état pleine charge 67. Scil est activé par le capteur à seuil 7Z, il commandera au trigger 75 de prendre en compte la valeur seuil haut correspondant au mélange air-carburant'Fiche".Si ce circuit 67 n'est pas activé, le trigger 75 comparera les variations du signal de la sonde # 4 à la valeur seuil bas prédéterminée correspond au mélange "pauvre".

Ltassociation sonde #, trigger 75, amplificateurs 72 et 73 et horloge 74 constituant le circuit principal, assure le mouvement de la vanne modulante 10 qui régule l'alimentation en carburant du moteur.

Les circuits de traitement d'étant constituant des circuits secondaires incorporent un programme do priorités et de temporisations appropriés à chaque configuration, qui sont donnée ici à titre d'exemples non limitatifs.

Le circuit de traitement d'état 64 "démarrage", actionné lorsque la température mesurée par le capteur~ est inférieure à la référence de ce dernier, présente la particularité d'éliminer temporairement réaction des autres circuits de traitement état, hormiscelui de ralenti 65 pour lequel deux possibilités sont envisageables en fonction des caractéristiques du vaporiseurdétendeur utilisé.

Le circuit de traitement d'étant "ralenti" 65 est tout d'sabord déterminé par un seuil de régime assorti dtun hystérésis approprié, mesuré sur le signal du capteur 6. Si le vaporiseur-détendeur possède un dispositif de ralenti, le circuit de ralenti 65 actionné agit sur l'amplificateur d'ouverture 72 pour obtenir une ouverture complète de la vanne modulante et l'inhibition de la régulation électronique suivant le signal de la sonde À ,4.

Alors le dispositif de ralenti du vaporiseur-détendeur assure seul la régulation selon des modalités propres à ce produit connu en soi. Il s1 est avéré que c'était dans cette situation que l1on obtenait la meilleure progressivité de remise en route du véhicule.

Si le vaporiseur-détendeur ne possède pas de dispositif de ralenti, on peut, par l'intermédiaire dcun circuit secondaire supplémentaire, soit amener la vanne modulante 10 dans une position dtouverture partielle prédéterminée, soit commander le mouvement de celle-ci pour réguler le régime du moteur au ralenti transmis par le signal du capteur 6 par rapport à une consigne prédéterminée.

Le circuit de traitement d'étant "décélération" 66 est actionné lorsque la dépression mesurée par le capteur 7 est supérieure à 780 mbar et le régime supérieur à 1500 tr/min. Il y a un hystérésis de 500 tr/min. qui fait que lton ne peut passer en "décélération" que si le régime est supérieur à 2000 tr/min. et que l'on reste alors en décélération tant qu'il est supérieur à 1500 tr/min. Cette activation du circuit se traduit par la fermeture simultanée de la vanne modulante 10 et de l'électrovanne ralenti 70, si elle existe.

Le circuit "pleine charge" 67, est activé lorsque la dépression mesurée par le capteur 72 est inférieure à 120 mbare Il impose des temporisations dissymétriques aux transitions correspondant au passage de marche normale, à pleine charge et au retour de pleine charge à marche normale, qui sont respectivement égales à 70 ms et 550 ms, et une régulation sur le "seuil haut" du signal de la sonde À pour optimiser la puissance au moteur avec, après le passage en pleine charge, une période transitoire de 7 secondes pendant laquelle la régulation n'est effective que lorsqu'elle conduit à l'ouverture de la vanne (il y a inhibition de la fermeture).

La "marche normale" du moteur est obtenue lorsqu'aucun des quatre circuits de traitement d'état ntest activé.

Elle est caractérisée par une régulation de richesse sur le seuil bas" du signal de la sonde À pour optimiser le rendement du moteur.

On peut ajouter en outre à cette description que chaque configuration de fonctionnement est caractérisée pour chaque sens de mouvement de l'élément obturateur dans la vanne modulante par une vitesse d'action appropriée, dont le tableau ci-dessous montre les rapports relatifs, considérant la vitesse d'ouverture en marche normale comme référence.

Ouverture Fermeture
Marche normale 1 0,5
Pleine charge 1,4 0,7
Décélération 3 1,5
Ralenti 3
Séquence démarrage 0,8 0,4
Cette hiérarchie ainsi que les seuils et valeurs de références indiquées pour chaque capteur annexe sont donnés à titre d'exemple non limitatif de réalisation du dispositif selon l'invention.

Dans le bloc-diagramme 60, le dispositif de signalisation 61 permet à ltutilisateur du moteur de visualiser certaines configurations de fonctionnement du moteur. Ce dispositif reçoit les signaux émis des deux amplificateurs blocables, d'ouverture 72 et de fermeture 73, qui allument des voyants lumineux 75 et 76, et des signaux émis par le circuit de traitement pleine charge 67, qui allument le voyant lumineux 77. Ces voyants 77, 76 et 75 indiquent le fonctionnement de la régulation principale en seuil haut de richesse ctest-à-dire la configuration pleine charge, l'ordre d'enrichissement correspondant à l'ouverture de la vanne 10, et l'ordre d'appauvrissement correspondant à sa fermeture dans la configuration de marche normale.

Ltinvention apporte donc un système simple et efficace pour optimiser le rendement dcun moteur à combustion interne, lorsque le moteur travaille à charge partielle avec un mélange pauvre, et pour optimiser la puissance de ce moteur, lorsqu'il travaille à pleine charge avec un mélange riche.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1.- Procédé de régulation en continu de lalimenta- tion d'un moteur commandé par un utilisateur et fonctionnant à laide de carburant et d'air, ledit procédé consistant:

a) à analyser les gaz d'échappement pour déterminer la richesse du mélange air-carburant réntrant dans ledit moteur à laide dtune sonde A,

b) à transmettre les signaux émis par la sonde A, (4) à un boîtier électronique (3),

c) à commander par ledit boitier électronique (3), l'alimentation en carburant, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'alimentation du moteur en carburant est assurée de façon variable mécaniquement par l'intermédiaire dtun organe d'obturation (10) disposé dans la conduite dtalimentation en carburant du moteur de manière à obtenir un mélange air-carburant pauvre en vue d'optimiser le rendement ou un mélange aircarburant riche, en vue d'optimiser la puissance, selon l'action exercée par l'utilisateur sur les commandes dudit moteur.

2.- Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la richesse du mélange air-carburant est choisie et régulée dans deux domaines complémentaires entre 0,85 et 1,10, le premier domaine étant choisi pour réguler l'alimentation du mélange air-carburant pauvre entre 0,85 et 0,98 et, de préférence, entre 0,92 et 0,95 et le deuxième domaine étant choisi pour réguler l'alimentation du mélange air-carburant riche entre 0,96 et 1,10 et, de préférence, entre 0,96 et 1,06 ces deux domaines étant sélectionnés par l'action de l'utilisateur sur les commandes dudit moteur.

3.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon lune des revendications 1 et 2, comprenant

- au moins un capteur dont ltun au moins est une sonde À,(4) placée dans la conduite des gaz d'échappement, et

- un boitier électronique (3), ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un organe d'obturation mécanique (10) à obturation variable placé dans la conduite d'alimentation en carburant au moteur et servocommandé par le boîtier électronique (3) et en ce que ledit boîtier électronique comporte au moins un moyen apte à analyser l'amplitude et le sens de variation des signaux émis par la sonde À,(4), et éventuellement d'autres capteurs annexes, à traiter ces signaux et à agir sur le mouvement ou limmobilisation dudit organe d'obturation.

4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe d'obturation (10) est constitué d'une vanne modulante obstruant de façon variable la conduite à'alimentation en carburant du moteur et d'un micromoteur électrique (9) relié par son arbre (31) à ladite vanne modulante (10).

5.- Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que ladite vanne modulante (10) est constituée d'non corps creux comprenant deux orifices (36, 37; 49, 47) respectivement d'entrée et de sortie du carburant disposés en regard l'un de l'autre, ou en équerre, ce corps creux contenant un élément obturateur (40, 45), entraîné par l'arbre du micromoteur et ayant la forme d'une spirale plane ou d'une spirale enroulée sur un volume de révolution de type conique ou cylindrique et éventuellement une platine (38, 46) comportant au moins une lumière (41, 52) rectangulaire, trapézoîdale ou autre, ladite lumière étant disposée devant l'orifice correspondant à l'entrée ou à la sortie du carburant dans ladite vanne modulante et définissant une section de passage efficace du carburant dans la vanne, ajustée au moteur.

6.- Dispositif selon lune des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le micromoteur électrique (9) entraînant l'élément obturateur (10) est un micromoteur sans collecteur, de préférence un micromoteur pas à pas, de pas inférieur ou égal à 15 degrés, de préférence de pas inférieur ou égal à 7,5 degrés, permettant d'obtenir au moins vingt positions discrètes dudit élément obturateur dans sa course utile.

7.- Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les capteurs annexes sont choisis dans le groupe des capteurs de températures (5), de régime (6), de pression (7, 7') et de position (8, 8') et sont utilisés pour détecter les configurations de fonctionnement particulières du moteur, notamment-du type reprises, décélération, démarrage à froid, pleine charge et ralenti.

8.- Dispositif selon lune des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le boîtier électronique (3) comporte au moins un premier moyen constitué d'un circuit électronique principal de régulation répondant au signal de sonde A,(4) et commandant directement le mouvement dudit organe d'obturation (10), et, éventuellement, au moins un deuxième moyen constitué d'un circuit électronique secondaire de traitement, pour modifier le mouvement dudit organe d'obturation en fonction des signaux d'un au moins des capteurs annexes.

9.- Dispositif selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que ledit circuit principal du botier électronique (3) comprend au moins un commutateuràsetzLl(75), deux amplificateurs activés(72, 73)en alternance par le commutateur à seuil(75) et agissant de façon opposée sur l'organe d'obturation (10) via un générateur polyphasé (71) et au moins une horloge (74) reliée audit générateur p.ly- phasé pour assurer la progressivité du mouvement dtouvertu- re et de fermeture de l'élément obturateur (40, 45) dans ledit organe d'obturation (10).

10.- Dispositif selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que le boîtier électronique (3) comporte deux circuits principaux de régulation pour réguler respectivement l'alimentation des mélanges aircarburant "pauvre" et riches, et un moyen do type interrupteur commandé manuellement par l'utilisateur du véhicule pour passer de l'un à l'autre.

11.- Dispositif selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce qu'au moins un circuit secondaire du boîtier électronique (3) agit pour modifier le mouvement de organe obturateur (10) en réponse aux signaux dtau moins un capteur annexe, sur au moins un composant du circuit électronique principal et éventuellement sur l'ouverture d'une seconde vanne (19) principale d'alimentation en carburant située en amont de la vanne modulante (10).

12.- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le boîtier électronique (3) est composé d'un circuit principal et d'au moins un circuit secondaire, qui, associé à un capteur annexe (7') approprié à détecter la configuration de fonctionnement pleine charge du moteur, commande au commutateur à seuil dudit circuit principal de changer son seuil de référence pour analyser les signaux de la sonde A, (4), et d'assurer la régulation de richesse sur le seuil haut ou le seuil bas.

13.- Dispositif selon la revendication 11, earacté - risé en ce que le boîtier électronique (3) comprend un circuit secondaire qui mesure la résistance de l'élément chauffant de la sonde A, (4) pour corriger le seuil de référence du commutateur à seuil (75) en fonction de la température des gaz d'échappement, laquelle est déterminée par la valeur de cette résistance.

14.- Application du procédé, défini par les revendications 1 à 2, ou mis en oeuvre par le dispositif selon l'une des revendications de 3 à 13, à la régulation do l'alimentation d'un moteur à combustion interne dont l'alimentation s'effectue sous pression ou en aspiration.

15.- Application du procédé défini par les revendications 1 et 2 ou mis en oeuvre par le dispositif selon l'une des revendications de 3 à 13, à la régulation de l'alimentation en carburant à l'état gazeux, deux moteur à combustion interne, ledit moteur étant déjà équipé d1une alimentation en carburants à l'état liquide, ces deux alimentations fonctionnant alternativement selon la procédure connue de bicarburation.

16.- Application du procédé défini par les revendications 1 et 2 et mis en oeuvre par le dispositif selon l'une des revendications de 3 à 13, à la régulation de l'alimentation d'un moteur à combustion interne à l'aide d'un carburant à l'état gazeux composé d'au moins un gaz choisi dans le groupe constitué par l'hydrogène, les gaz de synthèse, lesbio-gaz, les gaz de pétrole liquéfiés et les hydrocarbures vaporisés possédant au plus douze atomes de carbone, seuls ou en mélange, du type essence.