FR2602863A1 - Capteur de detection de taux air-carburant - Google Patents

Abstract

DES SIGNAUX DE LA LUMIERE DE COMBUSTION DE DEUX BANDES DE FORME D'ONDE DONNEES SONT CONVERTIS PHOTOELECTRIQUEMENT EN DES SIGNAUX ELECTRIQUES CORRESPONDANTS DE FORME D'ONDE. LE TAUX AIR-CARBURANT EST DETERMINE ARITHMETIQUEMENT SUR LA BASE DE LA DIFFERENCE DE PHASE AUX POINTS DANS LE TEMPS AUXQUELS LES DEUX SIGNAUX SONT RESPECTIVEMENT ENGENDRES.

Description

CAPTEUR DE DETECTION DE TAUX AIR-CARBURANT

La présente invention concerne de façon générale un appareil pour détecter la lumière de la flamme de combustion d'un moteur à combustion interne et plus particulièrement un capteur pour détecter le taux air- carburant du mélange des gaz de combustion sur la base des

caractéristiques spectrales de la lumière de la combustion.

Jusqu'ici, diverses approches ont été tentées pour extraire vers l'extérieur le signal de la lumière de la flamme de combustion produite à l'intérieur du moteur pour l'utiliser en tant qu'information concernant la combustion. A titre d'exemple, un système de détection optique des instants de l'allumage a été finalement adopté dans les

moteurs diesel et autres.

D'un autre côté, il est décrit dans JP-A-58-82039 un système pour 15 déterminer le taux air-carburant en détectant les intensités lumineuses émises par la combustion dans le moteur et en utilisant les rapports d'intensité. Cependant, dans ce système antérieur connu, il n'est pas adopté de mesures appropriées pour s'adapter aux modifications de transmittivité de la face de l'élément de détection de la lumière de 20 combustion dues à des salissures ou à une contamination. En conséquence, des difficultés sont rencontrées pour la détection du taux

air-carburant d'une façon qui soit suffisamment précise.

Plus spécifiquement, le système de détection du taux air-carburant connu jusqu'ici et qui fonctionne sur la base du rapport entre les intensités de la lumière de la flamme de combustion de longueurs d'onde particulières présente divers inconvénients tels que la modification de la transmittivité des longueurs d'ondes lumineuses distinctes due à des dépôts sur la face d'extrémité de détection, à des variations du rapport entre intensités provoquées par les radiations thermiques dans 30 des conditions de températures élevées de l'environnement, la détection du taux air-carburant avec une précision suffisamment élevée étant de

ce fait rendue pratiquement impossible.

Un but de la présente invention est de proposer un système détecteur du taux air-carburant pour un moteur à combustion interne, ce -2 système étant capable de détecter le taux air-carburant avec une précision nettement améliorée en déterminant le taux air-carburant sur la base des signaux électriques distinctes de longueur d'onde dérivés par une conversion photoélectrique de la lumière de la flamme de combustion produite dans la chambre de combustion au cours de chaque

cycle de combustion ou en établissant la moyenne sur plusieurs cycles.

de chacun des cylindres du moteur.

Selon un aspect de la présente invention, les signaux lumineux de deux régions de longueur d'onde distinctes dérivés de la lumière de la 10 flamme de combustion produite dans la chambre de combustion sont utilisés pour détecter du point de vue de l'angle de manivelle du moteur la différence de phase des instants ou points dans le temps auxquels les deux signaux de longueur d'onde distincts sont produits, respectivement, système dans lequel le taux air-carburant correspondant 15 est déterminé en lisant l'information concernée dans une mémoire qui stocke des relations ou des correspondances précédemment établies entre

les différences de phase et les taux air-carburant, ou encore par une détermination arithmétique basée sur la relation lue dans la mémoire.

En d'autres termes, selon l'invention, on utilise le fait que les intensités de longueurs d'ondes lumineuses particulières produites par la combustion à l'intérieur du moteur peuvent varier de niveau en raison des divers facteurs mentionnés ci-dessus, mais ne subissent pas d'influences négatives en ce qui concerne les points dans le temps auxquels les longueurs d'ondes lumineuses en cause sont engendrées. 25 L'invention va maintenant être décrite plus en détail avec référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue montrant schématiquement une partie principale d'un moteur à combustion interne auquel le système de détection du taux air-carburant selon l'invention peut être appliqué, 30 la figure 2 est une vue montrant une structure d'un élément d'extrémité du système détecteur du taux air-carburant selon un mode de réalisation de la présente invention, les figures 3A et 3B sont des vues illustrant graphiquement le résultat de l'analyse spectrale de la lumière produite par la 35 combustion du mélange air-carburant, -3 la figure 4 est une vue destinée à illustrer graphiquement les relations entre les points dans le temps de pic de signaux de longueurs d'ondes spécifiques et le taux aircarburant (A/F), la figure 5 est une vue destinée à illustrer graphiquement les caractéristiques des signaux de longueur d'onde, la figure 6 est une vue destinée à illustrer les relations entre le taux aircarburant et l'angle de différence de phase (K29) qui ont lieu entre les points dans le temps auxquels deux signaux de longueur d'onde lumineuse distincts sont respectivement produits, lo les figures 7A, 7B et 7C sont des vues montrant respectivement des systèmes pour séparer et traiter deux signaux de longueur d'onde lumineuse distincts pour déterminer le taux air-carburant selon des modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples, les figures 8, 9 et 10 sont des schémas de la forme d'onde du 15 signal pour illustrer les procédures de traitement du signal qui ont lieu dans les systèmes montrés aux figures 71, 7B et 7C respectivement, les figures 11 et 12 sont des vues destinées à illustrer les sensibilités spectrales d'éléments de conversion photoélectriques, la figure 13 est une vue destinée à illustrer graphiquement les 20 caractéristiques de filtrage d'un filtre d'interférence optique, la figure 14 montre une modification partielle pouvant être adoptée dans les systèmes montrés aux figures 7A, 7B et 7C, et la figure 15 est une vue montrant une structure fonctionnelle du

dispositif de commande pouvant être employé dans le système selon 25 l'invention.

Dans ce qui suit, la présente invention va être décrite en détail en se référant à des modes de réalisation exemplaires de celle-ci, en

se reportant aux dessins annexés.

La figure 1 montre un agencement général d'un système détecteur de 30 taux air-carburant pour un moteur à combustion interne selon un mode de réalisation de la présente invention, ce système étant composé d'un élément d'extrémité 1 qui détecte la lumière de la flamme de combustion, monté dans une chambre de combustion 3 d'un moteur 2 de manière à être exposé à l'intérieur de la chambre de combustion 3, et 35 un caâble à fibre optique 4 dont une extrémité est reliée à l'élément -4 d'extrémité 1 de détection de lumière de combustion pour transmettre le signal de lumière de combustion qui en est dérivé à un circuit de traitement de signaux lumineux 5 couplé opérationnellement au câble à

fibre optique 4 à son autre extrémité.

L'élément d'extrémité 1 de détection de lumière de combustion peut être de préférence réalisé d'un seul tenant avec une bougie d'allumage, comme montré à la figure 2, de façon à remplir également la fonction d'une bougie. A cette fin, l'élément d'extrémité 1 qui détecte la lumière de combustion reçoit un signal impulsionnel d'allumage 10 provenant d'un dispositif de commande 7 constitué par un microprocesseur, par l'intermédiaire d'un système de commande

d'allumage 6.

Le signal de lumière de combustion appliqué au circuit de traitement de signaux lumineux 5 subit une conversion photoélectrique, 15 le signal électrique de forme d'onde résultant étant appliqué au dispositif de commande 7 auquel sont en outre appliqués divers signaux d'information tels que le signal de taux air-carburant produit par un capteur de 02 (capteur inhérent de taux air-carburant) 8, un signal de degré d'ouverture du papillon des gaz produit par un capteur ou un commutateur 9 pour détecter le degré d'ouverture d'un papillon des gaz, un signal de débit d'air détecté par un capteur de débit d'air 10, un signal de température de réfrigérant de moteur produit par un capteur de température d'eau 11, un signal de nombre de révolutions de moteur détecté par un détecteur de révolutions 12 (tel qu'un capteur d'angle 25 de manivelle, un capteur de point mort supérieur ou analogue), un signal d'angle de manivelle et autres. Ces signaux d'entrée sont traités arithmétiquement dans le dispositif de commande 7 pour déterminer la quantité optimale de carburant alimenté, le réglage optimal de l'allumage et autres paramètres, des signaux de commande 30 correspondants étant ainsi produits en tant que signaux de sortie du dispositif de commande 7. Le carburant est ainsi injecté dans le moteur selon une quantité optimale par une injection de carburant 13 en réponse aux signaux de commande correspondants envoyés par le dispositif de commande 7. A cet égard, on mentionnera que bien que le 35 système montré à la figure 1 soit supposé être appliqué à un système -5 d'injection de carburant à points multiples, l'invention peut être également appliquée à d'autres systèmes d'injection de carburant tel qu'un système à carburateur, un système d'injection de carburant à point unique et autres. En outre, bien qu'un système de mesure de débit d'air direct comprenant un capteur de débit d'air soit supposé être adopté dans le système montré à la figure 1, il est toutefois clair que l'on peut employer également tout autre système tel qu'un système de densité de vitesse pour déterminer arithmétiquement le débit d'air d'admission sur la base du nombre de révolutions du moteur et la pression d'aspiration négative (dépression), un système pour déterminer arithmétiquement le débit de l'air d'admission sur la base du nombre de révolutions du moteur et le degré d'ouverture du papillon des gaz, et analogues. La figure 2 est une vue en coupe d'une partie principale de la 15 structure d'ensemble de l'élément d'extrémité de détection du lumière de combustion, réalisé d'un seul tenant avec la bougie d'allumage. En se référant à cette figure, la structure d'un seul tenant comprend une électrode centrale 21 de la bougie d'allumage, une fibre de verre quartzeux 14 dont le diamètre est de l'ordre de 1,0 à 1,5 mm, qui 20 traverse la structure le long de l'axe central de l'organe terminal haute tension 22, pour servir de conducteur de lumière. L'électrode centrale 21, l'organe terminal haute tension 22 et la vibre de verre optique 14 sont fixés fermement par fusion thermique à un manchon isolateur 15 réalisant une isolation électrique au niveau d'une partie 25 scellée 16 en un matériau d'étanchéité en verre électriquement conducteur. La lumière de la flamme de combustion captée par la fibre de verre quartzeux est introduite dans un câble à fibre optique 18 de forte flexibilité, par l'intermédiaire d'un coupleur ou connecteur 17, pour être finalement appliqué au circuit de traitement de signaux lumineux 5. Le connecteur 17 sert également de moyen pour recevoir une tension élevée destinée à la bougie d'allumage. Plus spécifiquement, la tension élevée qui est appliquée par un conducteur haute tension 19 est appliquée à l'électrode centrale 21 au moyen du connecteur susmentionné. La référence numérique 20 désigne un élément de recouvrement protecteur qui isole ou protège la surface de l'isolateur -6 vis-à-vis de décharges de fuite qui seraient possibles sous une

tension élevée.

La figure 3A montre les formes d'ondes des signaux engendrés par un photomultiplexeur 24 en raison de la conversion photoélectrique des 5 intensités lumineuses pour des composantes de longueur d'onde donnée de la lumière de combustion envoyée dans un spectromètre 23 du type à réseau de diffraction 23, depuis l'élément d'extrémité 1 qui détecte la lumière de combustion et par l'intermédiaire du cable à fibre optique 4. Comme la combustion ne peut avoir lieu que de façon intermittente îo dans le moteur et que l'état de combustion peut varier plus ou moins de cycle à cycle, les courbes des formes d'ondes des signaux montrées à la figure 3 sont portées sur tracées sur la base de données obtenues par échantillonnage et par établissement d'une moyenne sur chaque intervalle de 16 cycles. Les composantes des formes d'ondes illustrées 15 à la figure 3A sont extraites pour la longueur d'onde 1 de 450 nm située dans la plage de la lumière visible plus proche de la région des ultraviolets et pour la longueur d'onde > 2 de 750 nm située au

voisinage de la région des infrarouges.

En se référant à la figure 3A plus en détail, le signal impulsionnel d'allumage est appliqué à la bougie d'allumage avant que le piston atteigne le point mort haut (PMHI) pour provoquer la formation d'une étincelle, suite à quoi se forme le noyau d'une flamme qui croit au cours d'une durée relativement courte et dans des proportions telles que la combustion de la totalité du mélange air-carburant contenu dans 25 la chambre de combustion commence. A ce point dans le temps, la pression de combustion dans la chambre de combustion monte brusquement, ce qui fait que le piston reçoit une quantité suffisante d'énergie pour effectuer un mouvement de va-et-vient. En outre, au début de la combustion, l'intensité de la lumière de la combustion augmente jusqu'à 30 un pic sensiblement au même point dans le temps que le pic de la combustion, suivi par une trace qui tombe progressivement. A cet égard, on a constaté expérimentalement que les points dans le temps A et B auxquels les formes d'ondes des signaux de la lumière de combustion (correspondant à ceux indiqués en A et 2 respectivement) atteignent 1 2 respectivement atteignent des pics respectifs qui varient par rapport au point dans le temps P P -7 o le pic du signal de pression de combustion apparaît en fonction du taux air-carburant du mélange gazeux envoyé dans la chambre de combustion. Plus spécifiquement, quand la différence de temps entre les points dans le temps des pics A et P du signal lumineux de longueur P d'onde A 1 (- 450 nm) et de la pression de combustion respectivement est représentée par A t1 alors que la différence de temps entre le point dans le temps du pic B du signal de forme d'onde >2 (- 750 nm) et le point dans le temps du pic Pp est représenté par t t2, on a constaté par des mesures expérimentales qu'il existe des corrélations telles que 0lo celles qui sont illustrées à la figure 4 entre le taux air-carburant (A/C) et les différences de temps A t1 et à t2 respectivement. Comme on le voit à la figure 4, la différence de phase ou de temps 4 t1 devient négative quand le taux air-carburant A/F augmente, ceci signifiant que le pic du signal lumineux, 1 apparaît à un point dans le temps qui 15 précède le pic de la pression de combustion qui a lieu au point dans le temps P. Par ailleurs, la différence de temps (phase) A t2 augmente à P mesure qu'augmente le taux air-carburant (A/F), ceci signifiant que le signal lumineux X2 atteint le pic avec un retard par rapport au temps de pic P de la pression de combustion. En d'autres termes, on pense P que lorsque le taux air-carburant (A/F) est élevé, le signal de lumière de longueur d'onde >1 (= 750 nm) qui est représentatif d'une flamme riche en bleu est d'abord produit, pour être ensuite suivi par la génération du signal de lumière de longueur d'onde À 2 (= 750 rnm), c'est-à-dire la génération d'une flamme riche en rouge. Cependant, on 25 n'a pas constaté de corrélation entre la tendance mentionnée ci-dessus et les valeurs de pic F1 et F2 (figure 3A) des signaux de lumière X1 et 2' comme on peut le voir à la figure 5 dans laquelle les valeurs de

pic F1 et F2 sont indiquées en fonction du taux air-carburant (A/C).

Plus spécifiquement, les pics F1 et F2 assument des valeurs maximales 30 respectives au voisinage du taux air-carburant théorique et diminuent quand le taux air-carburant augmente ou diminue par rapport au taux

air-carburant théorique.

Comme on le comprendra, le point dans le temps du pic du signal de lumière d'une longueur d'onde particulière donnée varie en fonction du 35 taux air-carburant. Cependant le point dans le temps du pic de la -8 pression de combustion en tant que point dans le temps de référence est moins utile pour des applications pratiques. A cet égard, il existe cependant les relations suivantes: à t = A tl, et A9 = f(à t, N) La figure 6 représente graphiquement une relation entre le taux

air-carburant (A/F) et A 0 qui représente la différence de phase (en degrés) de l'angle de manivelle du moteur dérivée des différences de 10 temps A t1 et A t2 sur la base de la relation mentionnée ci-dessus.

Bien que la relation soit non linéaire, on peut ainsi déterminer une

caractéristique définie de la quantité à Q du taux air-carburant (A/F).

En conséquence, dans le système détecteur de combustion en considération, le taux air-carburant peut donc être déterminé arithmétiquement sur la base de la quantité & 0 au moyen du dispositif de commande constitué par un microprocesseur, cette quantité t 0 pouvant être également dérivée arithmétiquement. Entre parenthèses, des expériences ont été réalisées pour un certain nombre de signaux lumineux dont la longueur d'onde était différente de 1 (- 450 nm) et 20 de A 2 (= 750 nm), en plus de ces dernières, et on a constaté une coïncidence entre la tendance d'ensemble décrite ci-dessus parmi des longueurs d'onde de lumières variées, bien que cette différence ait été

constatée sur le plan de la valeur absolue. En conséquence, les deux longueurs d'ondes distinctes ne sont fondamentalement pas limitées à 25 des valeurs de longueurs d'ondes spécifiques.

Les figures 7A, 7B et 7C sont des schémas par blocs montrant respectivement des agencements de systèmes pour séparer la lumière de la flamme de combustion en deux longueurs d'ondes spécifiques et

traiter les signaux lumineux pour atteindre le but de l'invention, en 30 partant du fait établi expérimentalement et décrit ci-dessus.

En se référant à la figure 7A, le signal de lumière de combustion transmis par le câble à fibre optique 25 est séparé en deux composantes de longueurs d'ondes 1 1 et A2 et appliqué à des éléments de conversion photoélectriques 26 et 27 qui peuvent être constitués par 35 des phototransistors, des photodiodes et analogues, et qui présentent

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-9 des sensibilités maximales dans les bandes de longueurs d'ondes correspondant aux longueurs d'ondes susmentionnées A 1 et A 2 respectivement. Après avoir été traités par les circuits de conversion photoélectriques 28 et 29 respectivement, les signaux électriques provenant de la conversion photoélectrique susmentionnés sont différenciés par des circuits de différenciation associés 59 et 60, suivis par la détection des pics respectifs par des circuits de détection de pic associés 61, 62 respectivement, dont les signaux de sortie sont appliqués à un circuit de génération de signaux 0lo impulsionnels de différence de phase 38 pour produire un signal de différence phase à impulsion codée qui est ensuite appliqué au

dispositif de commande 7 constitué par un microordinateur.

Le système montré à la figure 7B diffère de celui montré à la figure 7A en ce que les sorties des circuits 28 et 29 sont appliquées à 15 des circuits de détection de point dans le temps de montée 30 et 31 respectivement, en raison du fait que les deux signaux de sortie produits par les circuits 28 et 29 présentent l'un et l'autre une tendance sensiblement semblable en ce qui concerne leur relation entre le pic du signal et le point dans le temps de la montée. Les signaux à 20 impulsion codée produits par les circuits 30 et 31 et représentant les points dans le temps de montée des signaux d'entrée respectifs sont ensuite appliqués à un circuit de génération d'impulsion de différence de phase 38 o la différence de phase entre les deux signaux est

détectée et dont l'impulsion est codée. Un signal de sortie du circuit 25 38 est appliqué au dispositif de commande 7.

L'agencement du système montré à la figure 7C diffère de celui montré à la figure 7A par le fait que des circuits de retenue de pic 32, 33 suivis par des circuits de remise à l'état initial 34 et 35 respectivement sont reliés aux circuits de conversion photoélectrique 30 28 et 29 respectivement, les formes d'onde de pic retenues, et conformées étant ainsi dérivées des signaux émis en sortie par les circuits 28 et 29 respectivement et appliquées aux circuits de détection d'instants de pic associés 36 et 37 pour détecter les instants de pic des signaux d'entrée respectifs. Les signaux de sortie 35 des circuits 30 et 31 sont appliqués au circuit de génération de signal - 10 impulsionnel de différence de phase 38 qui produit un signal à impulsion codée représentatif de la différence de phase entre les signaux d'entrée qui lui sont appliqués, le signal à impulsion codée

étant ensuite appliqué au dispositif de commande 7.

La figure 8 est un schéma montrant la forme d'onde du signal pour illustrer la procédure de traitement du signal effectué par le système montré à la figure 7A. Le signal (a) émis en sortie par le circuit de conversion photoélectrique 28 et représentatif de la lumière ayant pour longueur d'onde 1 est différencié par le circuit de différenciation 10 59, suivi par la génération d'un signal de pic (c) par le circuit de détection de pic 61. Par ailleurs, le signal (b) produit par le circuit de conversion photoélectrique 29 et représentatif de la lumière ayant pour longueur d'onde > 2 est différencié par le circuit de différenciation 60, un signal de pic (d) étant ainsi produit par le 15 circuit de détection de pic 62. Les deux signaux (c) et (d) sont appliqués au circuit de génération d'impulsion de différence de phase 38 qui répond de façon à produire un signal impulsionnel (e) qui assume un niveau élevé pendant une période intervenant entre les signaux de pic (c), (d). Le signal impulsionnel (e) est appliqué au dispositif de 20 commande 7 pour permettre le comptage des impulsions de l'angle de manivelle pendant la période susmentionnée, ce qui permet de déterminer arithmétiquement l'angle de manivelle, comme illustré en (f) à la

figure 8.

La figure 9 est une vue qui représente la procédure de traitement 25 des signaux du système montré à la figure 7B. Le signal (a) obtenu par le circuit de conversion photoélectrique 28 et représentant la lumière de longueur d'onde A 1 est appliqué au circuit de détection du point

dans le temps de montée pour être comparé à-une tension préétablie VR1.

Par ailleurs, le signal représentatif de la lumière ayant pour longueur 30 d'onde À2 obtenu par le circuit de conversion photoélectrique 29 est appliqué au circuit de détection de point dans le temps de montée 21 pour être comparé à une tension préétablie VR2. Lorsque les valeurs de la tension des signaux (a) et (b) devient supérieure aux signaux préétablis VR1 et VR2 respectivement, les signaux impulsionnels 35 conformés (c) et (d) sont produits et appliqués au circuit de - il génération d'impulsion de différence de phase 38 qui produit alors un signal impulsionnel (e) qui assume un niveau élevé pendant la période qui correspond à la différence de temps entre les bords montants des signaux impulsionnels (c) et (d). Le signal impulsionnel de différence 5 de phase (e) est appliqué au dispositif de commande 7 pour permettre de compter les impulsions de l'angle de manivelle pendant la période pendant laquelle le signal impulsionnel (e) est élevé, ce qui permet de déterminer arithmétiquement la différence de phase entre les signaux

impulsionnels (c) et (d) par la différence de l'angle de manivelle.

La figure 10 est une vue qui représente la procédure de traitement des signaux effectué par le système 7C. Les signaux (a) et (b) ayant pour longueurs d'ondes A 1 et 2 produits par les circuits de conversion photoélectriques 28 et 29 sont convertis en signaux (c) et (d) respectivement par les circuits de retenue de pic 32 et 33 et les 15 circuits de remise à l'état initial 34 et 35. Les signaux (a) et (c) sont appliqués au circuit de détection d'instant de pic 36 et les signaux (b) et (d) sont appliqués au circuit de détection de point dans le temps de pic 37. Les circuits 36 et 37 effectuent des opérations arithmétiques "(c) - (a)" et "(d) - (b)" respectivement, les signaux 20 résultants alors inversés pour être ensuite produits respectivement sous forme de signaux (e) et (f). Par comparaison entre les signaux (e) et (f) avec des signaux préétablis respectifs VR3 et VR4 sont produits les signaux impulsionnels (g) et (h), qui assument un niveau élevé quand les signaux (e) et (f) sont supérieurs aux signaux préétablis VR3 25 et VR4 respectivement. Les signaux (g) et (f) sont appliqués au circuit à signal impulsionnel de différence de phase 38, par lequel un signal impulsionnel (i) qui n'est élevé que pendant une période intervenant entre les bords montants des signaux (g) et (h) est appliqué au circuit de commande 7. Ce dernier compte les impulsions d'angle de manivelle 30 pendant la période pendant laquelle le signal (i) est élevé, comme illustré en (j), ce qui permet de déterminer l'angle de différence de

phase entre les pics des signaux de longueurs d'ondes A1 et A2.

La figure 11 représente graphiquement les caractéristiques de sensibilité spectrale typiques des éléments de conversion photoélectriques 26 et 27 utilisés dans les systèmes de traitement de - 12 signaux montrés aux figures 7A, 7B et 7C respectivement. L'élément de conversion photoélectrique 26 tel qu'il est employé doit présenter une sensibilité de pic pour la longueur d'onde À 1' comme indiqué par la courbe en trait plein à la figure 11, alors que l'élément de conversion photoélectrique 27 doit présenter une sensibilité de pic pour la longueur A 2' comme indiqué par la courbe en tiretés à la figure 11. A cet égard, on notera qu'un grand nombre des éléments de conversion photoélectriques actuellement sur le marché et présentant une caractéristique de sensibilité spectrale prononcée dans des bandes de 10 longueurs d'ondes spécifiques sont très coGteux. Pour traiter ce problème et réduire les coûts de fabrication, la présente invention enseigne la combinaison d'une photodiode ou d'un phototransistor peu

coûteux et d'une filtre d'interférence, comme mentionné ci-dessus.

La figure 12 montre une courbe de la caractéristique de sensibilité d'un phototransistor commercialement disponible à bas prix et capable de détecter la lumière dans une largeur de bande relativement importante comprise entre 400 nm et 1100 nm. Un grand nombre de phototransistors de ce type sont actuellement sur le marché et certains de ces phototransistors ont une sensibilité spectrale sur 20 des plages plus importantes quand on les compare à celle illustrée à la figure 11. En conséquence, on peut utiliser deux de ces photodiodes peu coûteuses en combinaison avec es filtres d'interférence disposés à l'avant des éléments de conversion photoélectrique, ces filtres présentant des caractéristiques semblables à celles illustrées à la 25 figure 13. Ainsi, les signaux de longueurs d'ondes lumineuses À 1 et À2 peuvent être facilement dérivés et d'une manière plus simple, sans

entraîner des coGts élevés.

Le filtre d'interférence présentant une telle caractéristique de transmittivité, dans lequel cette dernière est limitée à une bande de 30 longueurs d'ondes spécifique relativement étroite comme illustré à la figure 13, est relativement facilement disponible. En conséquence, lefiltre d'interférence possédant la caractéristique C montrée à la figure 13 peut être disposé à l'avant d'un élément de conversion photoélectrique pour détecter la lumière de longueur d'onde X 1 alors que l'autre filtre d'interférence présentant la - 13 caractéristique D montrée à la figure 13 peut être disposé à l'avant de l'autre élément de conversion photoélectrique pour détecter la lumière de la bande de longueur d'onde 2 La figure 14 montre un agencement concret typique de filtres et 5 d'éléments de conversion photoélectrique combinés. Comme il ressort de cette figure, deux éléments de conversion photoélectrique 39 présentant chacun une sensibilité spectrale sur une plage de longueurs d'ondes étendue, comme montré à la figure 12, sont munis de filtres d'interférence 40 et 41 présentant les caractéristiques de transmittivité C et D montrées respectivement à la figure 13. Avec cet agencement, il est possible de recevoir uniquement la lumière de combustion de deux bandes de longueur d'onde spécifiques pour avoir un effet sur la conversion photoélectrique en vue d'un traitement

subséquent et d'une manière sensiblement similaire à celle mentionnée 15 en référence aux systèmes montrés aux figures 7A, 7B et 7C.

La figure 15 montre schématiquement un agencement d'une partie importante du dispositif de commande 7. En se référant à cette figure, les signaux de détection tels que ceux produits par le détecteur de débit d'air 10, le détecteur de température d'eau 11, le détecteur de 20 taux air- carburant 8, le détecteur de position du papillon des gaz 9 et autres, sont entrés dans un convertisseur analogique-numérique (A/N) 44 par l'intermédiaire d'un multiplexeur 43, les signaux de sortie du convertisseur A/N 44 étant appliqués à une borne d'entrée/sortie (E/S) 45. On notera que le signal produit par un commutateur pour détecter 25 l'état totalement ouvert du papillon des gaz (également appelé commutateur de détection d'ouverture de ralenti) est directement appliqué à une borne d'entrée 46. D'un autre c8té, le signal de rotation du moteur produit par le détecteur d'angle de manivelle 12 est appliqué à une borne d'entrée 48 par l'intermédiaire d'un circuit conformateur de forme d'onde 47. Le signal dérivé du système détecteur de combustion 42 passe par un circuit de traitement de signaux et par un compteur 49, ce compteur 49 servant à compter ses apparitions pendant une période comprise entre des impulsions de différence de phase des deux longueurs d'onde illustrées aux figures 8, 9 et 10 35 respectivement. Le signal de sortie du circuit de comptage 49 est - 14 appliqué à un convertisseur A/N 50, ce qui se traduit par une sortie numérique qui est appliquée à une borne E/S 51. Les bornes d'entrée/sortie de même que les bornes d'entrée ci-dessus sont reliées à une UTC (unité de traitement centrale) 53, à une mémoire morte ROM 54 5 et une mémoire à accès aléatoire RAM 55 par l'intermédiaire d'un bus 52 destiné au transfert des signaux et à l'exécution d'opérations arithmétiques. Le résultat des opérations arithmétiques sont émis en sortie par les bornes de sortie 56 et 57, le dispositif d'allumage 6 étant ainsi activé en réponse au signal provenant de la borne de sortie 0lo 56 alors que le circuit d'entra!nement 56 destiné à l'actionnement de l'injecteur de carburant 13 est activé par le signal produit par la

borne de sortie 57.

La ROM 54 stocke les relations entre les signaux d'angle de différence de phase A 0 et les taux air-carburant (A/F) d'une carte 15 monodimensionnelle de A et A/F, ce qui fait que le taux air-carburant correspondant à ce signal d'angle de différence de phase A 9 obtenu par la borne d'entrée-sortie 51 peut être déterminé arithmétiquement. Dans le cas d'un système à moteur multi-cylindres dans lequel chaque cylindre est muni d'un système détecteur de combustion, les signaux 20 impulsionnels de différence de phase produits par les systèmes détecteurs de combustion individuels peuvent être appliqués au compteur 49 par l'intermédiaire d'un multiplexeur (non montré à la figure 15) pour détecter le taux A/F pour chacun des cylindres. Quand on considère chacun des cylindres individuellement, le taux air-carburant du mélange 25 gazeux envoyé aux cylindres peut naturellement varier de cycle à cycle, ce qui se traduit par un signal d'angle de différence de phases t Q compté par le compteur 49 qui peut représenter des valeurs variant de cycle à cycle. En conséquence, si le taux air-carburant est déterminé sur la base d'un signal d'angle de différence de phases a g variable 30 pour effectuer la commande à boucle fermée de chacune des valeurs variables de A 9, la stabilité de la commande est alors nettement détériorée. Donc, pour éviter cette difficulté, l'angle de différence de phases Q peut être échantillonné sur plusieurs cycles et sa moyenne peut être établie pour être ensuite utilisée pour la détermination 35 arithmétique du taux aircarburant (A/F). Le nombre d'échantillonnages - 15 prévu pour dériver le signal d'angle de différence de phases moyen / Q peut être choisi de façon optimale en considérant les performances du

moteur individuel auquel l'invention est appliquée.

Comme décrit précédemment, il a été impossible avec les détecteurs 5 de combustion connus jusqu'ici de détecter le taux air-carburant avec une précision élevée, en raison de diverses causes conduisant à des erreurs, telles que la modification de transmittivité des longueurs d'ondes en considérations due à des dépSts sur la surface de détection de la lumière de combustion ou de modifications provoquées par la 10 radiation thermique à la périphérie de l'élément de détection de la lumière de combustion. Par contre, conformément à l'enseignement de l'invention selon lequel le taux air-carburant est déterminé sur la base de la différence de phase entre les instants auxquels sont produites des longueurs d'ondes lumineuses spécifiques ( >1 et A 2), il 15 est maintenant possible de déterminer le taux air-carburant avec une précision nettement améliorée sans subir les diverses influences contraires mentionnées ci-dessus. Ainsi, la présente invention a proposé un système détecteur de combustion pouvant être utilisé de

façon très avantageuses dans des applications pratiques.

- 16

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Système détecteur pour détecter le taux air-carburant dans un moteur à combustion interne, dans lequel la lumière de la combustion produite à l'intérieur d'une chambre de combustion dudit moteur est extraite par des moyens transparents d'extraction et de transmission de la lumière de combustion et convertie en des signaux électriques par des moyens de conversion photoélectriques, caractérisé en ce que les signaux de la lumière de combustion de deux longueurs d'ondes données sont convertis en signaux de forme 0lo d'onde électrique par des moyens de conversion photoélectriques (26, 27; 40, 41, 39; 28, 29) et en ce que les moyens de détermination de taux air-carburant (59, 60, 61, 62; 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37; 38, 7) sont prévus pour déterminer le taux air-carburant sur la base de la

différence de phase entre les deux signaux.

2. Système détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de conversion photoélectriques comprennent des éléments de conversion photoélectriques (26, 27) disposés respectivement aux extrémités bifurquées d'un câble à fibre optique allant vers l'intérieur de ladite chambre de combustion et dont les 20 éléments sont sensibles à des longueurs d'ondes lumineuses différentes

l'une de l'autre.

3. Système détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de conversion photoélectriques comprennent des combinaisons de filtres d'interférence (40, 41) pour y transmettre 25 respectivement des longueurs d'ondes différentes l'une de l'autre et des éléments de conversion photoélectriques (39), lesdites combinaisons (40, 39; 41; 39) étant disposées aux extrémités bifurquées d'un cable à

fibre optique allant vers l'intérieur de ladite chambre de combustion.

4. Système détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce 30 que lesdits moyens de détermination de taux air-carburant comprennent des moyens de détection de pics (61, 62) pour détecter les pics de deux signaux de longueur d'onde produits par lesdits moyens de conversion photoélectriques (28, 29) respectivement, des moyens de détection de différence angulaire (38) pour détecter la différence angulaire entre 35 les pics détectés par lesdits moyens de détection de pics, et des - 17 moyens de détermination de taux air-carburant (7) pour déterminer le taux air-carburant correspondant sur la base de ladite différence angulaire.

5. Système détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce 5 que lesdits moyens de détermination de taux air-carburant comprennent des moyens de détection de point dans le temps de montée (30, 31) pour détecter les points dans le temps auxquels les deux signaux de longueur d'onde provenant desdits moyens de conversion photoélectrique (28, 29) montent respectivement, des moyens de détection de différence angulaire 10o (38) pour dériver une différence angulaire entre les points dans le temps de montée entre deux signaux de longueur d'onde détectés par lesdits moyens de détection de point dans le temps de montée; et des moyens de détermination de taux air-carburant (7) pour déterminer le

taux air-carburant correspondant sur la base de ladite différence 15 angulaire.

6. Système détecteur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdits moyens correspondants de détermination air/carburant (7) comprennent une mémoire de fonction (54) stockant des données

définissant le taux air-carburant et les différences angulaires.

7. Système détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux longueurs d'ondes lumineuses qui sont soumises à la conversion photoélectriques sont des rayons lumineux ayant des longueurs d'onde situées au voisinage des régions infrarouge et

ultraviolette respectivement.