FR2877087A1 - Procede et dispositif d'exploitation d'un element de capteur - Google Patents
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Abstract
Procédé et dispositif d'exploitation d'un élément de capteur fournissant un signal dépendant d'une grandeur de mesure. Dans un premier mode d'exploitation, le signal de l'élément de capteur (1) est exploité pour saisir la grandeur de mesure, et dans un second mode d'exploitation, le signal de l'élément de capteur (1) est exploité pour saisir une grandeur de l'élément de capteur (1), caractéristique, différente de la grandeur de mesure.
Description
Domaine de l'invention
L'invention concerne un procédé et un dispositif d'exploitation d'un élément de capteur (1) fournissant un signal dépendant d'une grandeur de mesure.
Etat de la technique On connaît déjà des procédés et dispositifs pour exploiter un élément de capteur selon lesquels, l'élément de capteur fournit un signal dépendant d'une grandeur de mesure.
Ainsi, pour commander des moteurs à combustion interne, io il est souvent proposé de compléter les grandeurs de mesure existantes en déterminant la pression de la chambre de combustion. Un grand nombre de publications décrit des solutions techniques pour saisir la pression régnant dans la chambre de combustion.
Il semble particulièrement intéressant d'utiliser des cap- teurs de mesure ou des éléments de capteur fonctionnant selon le principe piézo-électrique. Une matière appropriée telle que par exemple du quartz ou une matière céramique frittée est alors exposée à la pression régnant dans la chambre de combustion. La matière est par exemple intégrée sous la forme d'une rondelle dans un boîtier approprié et se monte comme capteur de pression de chambre de combustion de façon connue dans la culasse. Il est en outre connu d'intégrer de tels moyens dans des composants déjà existants comme par exemple dans une bougie d'allumage ou une bougie de préchauffage. Dans la matière de l'élément de capteur ex- posée à la pression régnant dans la chambre de combustion, il se déve- loppe une charge proportionnelle à la pression. Cette charge est convertie par un circuit électronique approprié par exemple un amplificateur de charge ou un convertisseur d'impédance en un signal de tension. Cette tension ou signal de tension est ensuite traitée par l'appareil de commande du moteur pour être fournie à différentes commandes ou moyens de régulation du moteur. Habituellement, la détection de la pression dans la chambre de combustion de chaque cylindre du moteur à combustion interne se fait de manière synchrone à l'angle du vilebrequin par exemple avec une résolution de 1 d'angle de vilebrequin.
Si l'on utilise une matière piézo-céramique pour le capteur de mesure ou l'élément de capteur comme par exemple une matière céramique frittée, cette matière se caractérise par une sensibilité relativement élevée c'est-à-dire qu'elle génère une charge plus grande que le quartz pour une même pression. Mais l'inconvénient principal est que la sensibi- lité dépend fortement de la température dans le cas de telles matières piézo-céramiques. Il serait ainsi avantageux de déterminer la température de l'élément de capteur pour réaliser ensuite une compensation appropriée de l'erreur de température dans le traitement aval du signal.
Les solutions connues consistent à monter un capteur de température à proximité de l'élément de capteur saisissant la pression dans la chambre de combustion encore appelé ci-après capteur de pression de chambre de combustion. En variante, on peut également compenser l'erreur de température par un diviseur de charge capacitif; le condensateur correspondant du diviseur de charge capacitif doit alors être à la même température que le capteur de pression dans la chambre de combustion. Cette solution est décrite dans le document A. Petersen, Temperaturkompensation piezokeramischer Sensoren, Elektronikindustrie 121988 . La difficulté des deux procédés évoqués ci-dessus est la nécessité de loger des composants supplémentaires dans l'espace de toute façon limité du capteur de pression de chambre de combustion.
Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que dans un premier mode d'exploitation, le signal de l'élément de capteur est exploité pour saisir la grandeur de me-sure et dans un second mode d'exploitation, le signal de l'élément de capteur est exploité pour saisir une grandeur de l'élément de capteur, caractéristique, différente de la grandeur de mesure.
L'invention concerne également un dispositif du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que des premiers moyens d'exploitation exploitent dans un premier mode d'exploitation, le signal de l'élément de capteur pour saisir la grandeur de mesure, et des seconds moyens d'exploitation exploitent dans un second mode de fonctionnement, le signal de l'élément de capteur pour saisir une grandeur caractéristique de l'élément de capteur différente de la grandeur de mesure.
Le procédé et le dispositif selon l'invention ont l'avantage de permettre de tirer du signal de l'élément de capteur à la fois la grandeur de mesure et la grandeur caractéristique de l'élément de capteur qui diffère de la grandeur de mesure. On évite ainsi un capteur distinct pour sai- sir la grandeur caractéristique de l'élément de capteur qui est différente de la grandeur de mesure. Il est de même utile de prévoir un circuit de compensation comme cela est connu dans l'état de la technique. Cela augmente la fonctionnalité du signal fourni par l'élément de capteur.
Il est particulièrement avantageux de commuter entre les deux modes d'exploitation en fonction d'au moins une grandeur de commande. On garantit ainsi que le signal de l'élément de capteur est exploité soit dans le premier mode d'exploitation, soit dans le second mode d'exploitation mais non simultanément dans les deux modes d'exploitation. Cela permet en outre de définir les modes d'exploitation en fonction d'au moins une grandeur de commande et de régler ainsi par exemple chaque fois les conditions de fonctionnement appropriées.
Il est particulièrement avantageux que l'élément de capteur soit un capteur de pression de chambre de combustion pour saisir la pression régnant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. Ainsi, à partir du signal fourni par le capteur de pression de la chambre de combustion, dans un premier mode d'exploitation, on obtiendra la pression régnant dans la chambre de combustion et dans le se- Gond mode d'exploitation, on aura la température du capteur de pression dans la chambre de combustion, ce qui rend inutile tout capteur de température supplémentaire qui serait installé à proximité du capteur de pression ou encore la compensation de l'influence de la température avec un diviseur de charge capacitif.
Si l'élément de capteur est réalisé comme un capteur de pression de chambre de combustion pour un moteur à combustion in-terne, il est intéressant de choisir comme grandeur de commande, un angle de vilebrequin du moteur à combustion interne; cela permet d'associer différents états de fonctionnement du moteur à combustion interne dé- pendant de l'angle de vilebrequin, d'une manière particulièrement simple et fiable chaque fois à l'un des deux modes d'exploitation, pour pourvoir également activer à l'aide de l'angle de vilebrequin, le mode d'exploitation respectif suivant l'état de fonctionnement associé dans lequel se trouve le moteur à combustion interne.
Il est également avantageux de régler le second mode d'exploitation pour saisir la grandeur caractéristique de l'élément de capteur différente de la grandeur de mesure pour un cylindre du moteur à combustion interne pendant au moins une phase (temps) d'échappement de ce cylindre. Pendant le temps d'échappement, la pression dans la chambre de combustion n'a pas d'intérêt et de façon générale, il n'est pas intéressant de déterminer les caractéristiques relatives à la combustion, de sorte que cette phase de fonctionnement du cylindre peut, sans que cela ne détériore l'exploitation des grandeurs de mesure, servir pour la saisie de grandeurs caractéristiques de l'élément de capteur différentes de cette grandeur de mesure.
De façon avantageuse, on choisit la fréquence du réglage du second mode d'exploitation pour saisir la grandeur caractéristique de l'élément de capteur différente de la grandeur de mesure en fonction d'une vitesse de variation de la grandeur caractéristique. Cela permet de réduire au minimum le réglage du second mode d'exploitation. Plus la vitesse de variation de la grandeur de caractéristique est faible et moins fréquemment il sera nécessaire de saisir la grandeur caractéristique pour actualiser la valeur de cette grandeur caractéristique pour la renouveler ou la rafraîchir.
Notamment dans le cas d'un élément de capteur réalisé sous la forme d'un capteur de pression de chambre de combustion, il est avantageux d'exploiter la température ou la capacité comme grandeur ca- ractéristique de l'élément de capteur.
Pour saisir la température ou la capacité de l'élément de capteur, on peut utiliser d'une manière particulièrement simple et très économique, un oscillateur notamment un multivibrateur astable qui génère une fréquence dépendant seulement de la capacité de l'élément de capteur. Cela permet de déterminer d'une manière particulièrement simple et fiable la capacité de l'élément de capteur.
Il est en outre avantageux pour saisir la grandeur de me-sure de l'élément de capteur, d'intégrer celui-ci dans un convertisseur d'impédance ou un amplificateur de charge. Du fait de la communauté des circuits entre un amplificateur de charge ou un convertisseur d'impédance d'un côté et de l'oscillateur de l'autre côté, on aura ainsi avec des circuits réduits au minimum, à la fois le premier mode d'exploitation et le second mode d'exploitation.
Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 a montre le circuit d'un multivibrateur astable, - la figure lb montre le chronogramme des différentes tensions du mufti-
vibrateur astable,
- la figure 2 montre un amplificateur de charge, - la figure 3 montre un convertisseur d'impédance, - la figure 4 montre un circuit selon l'invention comprenant à la fois un amplificateur de charge et un multivibrateur astable, - la figure 5 montre l'évolution de la pression dans la chambre de combustion en fonction de l'angle de vilebrequin, - la figure 6 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne, et - la figure 7 montre un ordinogramme d'un exemple de réalisation du procédé de l'invention.
Description du mode de réalisation de l'invention
Selon la figure 6, la référence 5 désigne un moteur à combustion interne entraînant par exemple un véhicule. Le moteur à combustion interne 5 peut être un moteur à essence ou un moteur Diesel. Dans la suite on supposera à titre d'exemple que le moteur à combustion interne 5 est un moteur à essence. Le moteur à essence 5 comporte un ou plusieurs cylindres. A titre d'exemple la figure 6 montre l'un de ces cylindres portant la référence 10. La chambre de combustion 35 du cylindre 10 reçoit de l'air frais par une alimentation en air 45 et une soupape d'admission 50. La soupape d'admission 50 peut être commandée par une commande 75. Un injecteur 65 introduit directement du carburant dans la chambre de combustion 35. La soupape d'injection 65 est également commandée par la commande 75 pour avoir la dose de carburant souhaitée et l'instant souhaité pour l'injection. Le mélange air/carburant formé ainsi dans la chambre de combustion 35 est allumé par une bougie 70 également commandée par la commande 75 qui règle par exemple un instant d'allumage approprié. L'énergie libérée par la combustion du mélange air/carburant dans la chambre de combustion 35 entraîne le piston 40 dans le cylindre 10. Le piston entraîne le vilebrequin non représenté à la figure 6. Les gaz d'échappement formés par la combustion du mélange air/carburant sont évacués dans la conduite d'échappement 55 à travers la soupape d'échappement 60. La soupape d'échappement 60 est également commandée par la commande 75 comme le montre la figure 6. De plus, la commande 75 permet également de régler l'alimentation en air par la commande d'un organe d'actionnement non représenté à la figure 6. Il s'agit par exemple d'un volet d'étranglement dans l'alimentation ou tubu- Lure d'admission d'air 45. Au lieu de se faire directement dans la chambre de combustion 35 comme cela est représenté à la figure 6, l'injection de carburant peut également se faire dans la conduite d'admission 45 en aval du volet d'étranglement ou en amont de celui-ci. Il est également prévu un élément de capteur 1 qui, dans cet exemple, est un capteur de pression de chambre de combustion monté dans la culasse ou dans la chambre de combustion 35 du cylindre 10. En variante, le capteur de pression de chambre de combustion peut également être intégré dans un composant existant.
Dans l'exemple de la figure 6, le capteur de pression de chambre de combustion équipe la bougie d'allumage 70 ou est intégré à celle-ci à savoir dans la zone de la bougie d'allumage 70 située du côté de la chambre de combustion. Dans le cas d'un moteur Diesel, le capteur de pression de la chambre de combustion 1 peut équiper la bougie de préchauffage dans la chambre de combustion du moteur ou est intégré à cette bougie. En variante, le capteur de pression de chambre de combustion 1 peut également être installé à l'extérieur de la chambre de combustion. Le capteur de pression de chambre de combustion 1 forme un signal qui, comme décrit précédemment dépend de la pression régnant dans la chambre de combustion. Ce signal est par exemple une charge proportionnelle à la pression dans la chambre de combustion. Pour cela, le capteur de pression de chambre de combustion peut être réalisé par un capteur piézoélectrique avec un quartz ou une matière céramique frittée logée dans un boîtier approprié par exemple sous la forme d'une plaquette. Dans la suite, on supposera à titre d"exemple que le capteur de pression de chambre de combustion 1 fonctionne selon le principe piézo-électrique et comporte une plaquette en céramique piézo-électrique frittée logée dans un boîtier approprié.
Dans la matière piézo-céramique du capteur de pression de chambre de combustion 1, il se développe une charge proportionnelle à la pression de la chambre de combustion. Cette pression sera appelée ci-après signal du capteur de pression de chambre de combustion 1. La charge ou ce signal peut être convertie par un circuit électronique appro- prié par exemple un amplificateur de charge selon la figure 2, d'un convertisseur d'impédance selon la figure 3 en un signal de tension. Ce signal de tension est alors traité dans la commande 75 et peut être intégré dans différentes commandes ou régulation du moteur à combustion interne 5. De cette manière, le signal du capteur de pression de chambre de corn- bustion 1 peut être exploité pour saisir la pression régnant dans la chambre de combustion comme grandeur de mesure pour convertir la charge de la matière piézo-électrique du capteur 1, charge proportionnelle à la pression dans la chambre de combustion en un signal de tension.
La figure 2 montre à titre d'exemple un circuit d'amplificateur de charge qui peut être intégré à la commande 75 à l'exception du capteur de pression de chambre de combustion 1. En va-riante, l'amplificateur de charge 25 de la figure 2 peut également être ins- tallé à proximité du capteur de pression de chambre de combustion 1 par exemple dans le même boîtier. L'amplificateur de charge 25 de la figure 2 se compose d'un amplificateur opérationnel OP dont l'entrée non-inversée reçoit un potentiel de référence; dans l'exemple de la figure 2, ce potentiel de référence est la masse. L'entrée inversée de l'amplificateur opérationnel OP est reliée à une borne du capteur de pression de chambre de combustion 1 dont l'autre borne est également reliée au potentiel de masse. L'entrée inversée de l'amplificateur opérationnel OP est également reliée par un montage en parallèle formé d'un premier condensateur Co et d'une première résistance ohmique Ro à la sortie de cet amplificateur opération- nel OP. La première capacité Co et la première résistance Ro sont en contre couplage de l'amplificateur de charge 25. La différence de potentiel entre la sortie de l'amplificateur opérationnel OP et le potentiel de référence est alors le signal de tension transformé à partir de la charge de la matière piézo-céramique du capteur de pression de chambre de combustion 1. Ce signal de tension est appelé dans la suite signal de tension uM.
En variante, le signal de tension uM peut être converti par un convertisseur d'impédance à partir de la charge de la matière piézoélectrique du capteur de pression de chambre de combustion 1.
La figure 3 montre un exemple d'un tel convertisseur d'impédance qui peut être intégré dans la commande 75 comme l'amplificateur de charge de la figure 2 à l'exception du capteur de pression de chambre de combustion 1. En variante, il peut également être installé à proximité du capteur de pression de chambre de combustion 1 par exemple dans le même boîtier que le capteur 1. Le convertisseur d'impédance 20 selon l'exemple de la figure 3 se compose également d'un amplificateur opérationnel OP dont l'entrée non inversée est reliée à la borne du capteur de pression de chambre de combustion 1 dont l'autre borne est reliée au potentiel de référence; dans le cas présent, il s'agit de la masse. L'entrée inversée de l'amplificateur opérationnel OP est reliée à sa sortie. Le signal de tension uM se présente alors entre la sortie d'amplificateur opérationnel OP et le potentiel de référence. Le convertisseur d'impédance 20 de la figure 3 peut avoir une amplification égale à l'unité comme cas particulier de l'électromètre amplificateur.
A la fois l'amplificateur de charge de la figure 2 et le convertisseur d'impédance de la figure 3 permettent de transformer la tension de capteur us formée par la charge de la matière piézo-électrique comme signal du capteur de pression de chambre de combustion 1 en un signal de tension uM à la sortie de l'amplificateur opérationnel OP.
Comme déjà décrit, les matières piézo-électriques évoquées se distinguent par une sensibilité relativement élevée; cela signifie qu'elles génèrent une charge plus importante qu'un quartz pour une même pression dans la chambre de combustion. Mais l'inconvénient principal est comme décrit, la très forte dépendance en température de la sensibilité de la matière piézo-céramique.
Selon l'invention, à côté du premier mode de fonctionne-ment tel que décrit pour saisir le signal de tension uM, il est prévu un second mode de fonctionnement ou d'exploitation dans lequel on exploite une grandeur caractéristique du capteur de pression de chambre de combustion 1 qui est différente de la grandeur de mesure c'est-à-dire dans cet exemple la pression de la chambre de combustion ou le signal de tension uM. La grandeur caractéristique du capteur de pression de chambre de combustion 1 est par exemple la température ou la capacité du capteur de pression de chambre de combustion 1. Entre la capacité et la température du capteur de pression de chambre de combustion 1, il existe une relation qui peut s'enregistrer par exemple sous forme de courbe caractéristique obtenue par application sur un banc d'essai. Ainsi à partir de la capacité du capteur de pression de la chambre de combustion 1, on peut détermi- ner la température du capteur 1. Une courbe caractéristique également obtenue par exemple par application sur un banc d'essai permet de représenter la relation entre la sensibilité du capteur de pression de chambre de combustion 1 et la température du capteur de pression 1. Suivant la sensibilité actuelle du capteur de pression de chambre de combustion 1, on peut corriger alors le signal de tension uM comme grandeur caractéristique de la pression régnant dans la chambre de combustion. Cette cor-rection peut se faire en connaissant la capacité du capteur de pression de chambre de combustion 1 et à l'aide des deux caractéristiques décrites ci-dessus. La figure 1 a) montre un circuit comportant un amplificateur opérationnel OP permettant de déterminer une capacité indirectement par une mesure de fréquence. Le circuit de la figure 1 a) est un oscillateur générant par exemple une oscillation rectangulaire dont la fréquence ne dé-pend plus que de la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1 si les résistances ohmiques du circuit sont fixes. Cet oscillateur peut être par exemple un multivibrateur astable. Celui-ci est dé-signé par la référence 15 à la figure la). Le capteur de pression de chambre de combustion 1 est pour cela considéré pour sa capacité Cs du capteur 1 ayant une valeur dépendant de la température pour être intégré dans le circuit oscillant du multivibrateur astable 15. Un tel multivibrateur astable est par exemple décrit dans le document Horst Wupper, Professionelle Schaltungstechnik mit Operationsverstârkern, Franzis-Verlag, 1994 . Selon la figure la), le multivibrateur astable 15 comprend io un amplificateur opérationnel OP dont l'entrée inversée est reliée à une borne de la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1. L'autre borne de la capacité Cs du capteur de pression 1 est reliée à un potentiel de référence; dans le cas présent, il s'agit de la masse. La première résistance ohmique Ro relie l'entrée inversée à la sortie de l'amplificateur opérationnel OP. L'entrée non inversée de l'amplificateur opérationnel OP est reliée par une seconde résistance ohmique R1 à la sortie de l'amplificateur opérationnel OP et par une troisième résistance ohmique R2 au potentiel de référence. La tension entre la sortie de l'amplificateur opérationnel OP et le potentiel de référence, porte la réfé- rence uo à la figure la). La tension de l'entrée inversée de l'amplificateur opérationnel OP par rapport au potentiel de référence, porte la référence uc à la figure 1 et correspond à la tension de capteur us selon les figures 2 et 3.
La figure lb) est un chronogramme donnant l'évolution de la tension u (t) en fonction du temps t. Le diagramme de la figure lb) montre d'une part la tension uo et d'autre part la tension uc. La tension uo engendre des oscillations rectangulaires de période T entre la valeur Uol et la valeur -Uol. La tension Uc varie également avec la même période; le condensateur de capacité Cs se charge lorsque la tension de sortie Uo de l'amplificateur opérationnel OP prend la valeur Uol; ensuite il se décharge. A partir de la mesure de la période T on peut ainsi former la valeur inverse et obtenir la fréquence de l'oscillation rectangulaire de la tension de sortie Uo. Pour cela, on peut déterminer la durée de la période par exemple à l'aide d'un compteur intégré au microprocesseur. Il est également connu de déterminer à partir de la fréquence ou de la période T et de la valeur fixe prédéfinie des résistances ohmiques Ro, R1, R2, la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1. Ainsi, la fréquence de l'oscillation rectangulaire uo du multivibrateur astable dépend uniquement de la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1 si les résistances ohmiques Ro, R1, R2 sont prédéterminées et fixes. Si d'un côté le signal du capteur de pression de chambre de combustion 1 est exploité dans le premier mode de fonctionnement pour saisir la tension de signal uM et dans le second mode de fonctionnement pour saisir la capa-cité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1, cela peut par exemple se faire en exploitant pour le premier mode d'exploitation, le signal du capteur de pression de chambre de combustion 1 c'est-à-dire la tension us du capteur à l'aide de l'amplificateur de charge selon la figure 2 ou à l'aide du convertisseur d'impédance selon la figure 3 pour saisir la tension de signal uM. Pour le second mode d'exploitation, on peut exploiter le signal du capteur de pression de chambre de combustion 1 c'est-à-dire la tension uc de la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1 qui correspond à la tension de capteur us à l'aide du mufti- vibrateur astable selon la figure la) pour déterminer la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion. La commutation entre les deux modes d'exploitation peut se faire par exemple en fonction d'une grandeur de commande. Comme grandeur de commande, on peut par exemple utiliser l'angle de vilebrequin KW du moteur à combustion interne 5. Cela signifie que pour une première plage de l'angle de vilebrequin KW, on effectue le premier mode de fonctionnement et pour la seconde plage de l'angle de vilebrequin KW, on effectue le second mode de fonctionnement.
Le second mode de fonctionnement peut être utilisé avantageusement pour saisir la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1 pendant au moins un temps d'expulsion du cylindre 10. Dans la période du temps d'expulsion du cylindre 10, la détermination des caractéristiques de la combustion et en particulier la saisie de la pression régnant dans la chambre de combustion n'ont pas d'intérêt de sorte que dans cette phase et sans détériorer l'exploitation de la pression dans la chambre de combustion, on exécute le second mode d'exploitation pour saisir la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1. Pour cela, le circuit peut travailler selon deux modes de fonctionnement et ainsi en mode oscillant selon le circuit de la figure 1 a), dans chaque cycle de travail du cylindre et dans le temps d'expulsion du cylindre. En variante, la commutation vers le second mode d'exploitation peut également se faire seulement à chaque n-ième cycle de travail et uniquement alors dans le temps d'expulsion du cylindre 10.
Pour cela, il est intéressant d'examiner le comportement thermique du convertisseur piézo-électrique de pression de chambre de combustion 1 et en fonction de sa constante de temps c'est-à-dire de la vitesse de variation de la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1 en fonction du temps on fixera une fréquence appropriée pour la commutation vers le second mode d'exploitation et on programme cette fréquence de préférence dans la commande 75. Plus la vitesse de variation de la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1 est faible en fonction du temps et plus rare sera la commutation vers le second mode de fonctionnement pour saisir la capacité Co du capteur de pression de chambre de combustion 1. La vitesse de variation de la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion peut par exemple dépendre du point de fonctionnement du moteur à combustion interne 5. On peut ainsi choisir la fréquence de commutation c'est-à-dire le nombre n également selon le point de fonctionnement du moteur à combustion interne 5. A titre d'exemple, selon un banc d'essai, on pourra déterminer pour différents points de fonctionnement du moteur, chaque fois une vitesse de variation associée de la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1 en fonction du temps et enregistrer ces valeurs dans une caractéristique; les différentes vitesses de variation sont elles-mêmes associées chaque fois à une fréquence de commutation pour commuter vers le second mode d'exploitation dans une autre caractéristique elle même obtenue par exemple sur un banc d'essai. Ainsi, à l'aide des deux caractéristiques (courbes caractéristiques) à partir du point de fonc- tionnement du moteur à combustion interne 5, on pourra conclure à la fréquence nécessaire de commutation vers le second mode d'exploitation. Il est vrai de manière générale, que la fréquence de commutation sera réglée à un niveau de temps plus faible que la vitesse de variation de la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1 sera faible.
D'une manière particulièrement simple et économique, la commutation seréalise entre les deux modes de fonctionnement en concevant un unique circuit pour exécuter les deux modes d'exploitation. Un tel circuit est représenté à la figure 4. Ce circuit porte la référence 30 et constitue une extension du circuit déjà existant pour exploiter le signal de capteur us et le convertir en un signal de tension uM qui peut être traité dans la commande 75. Le circuit 30 de la figure 4 est réalisé comme l'amplificateur de charge de la figure 2. L'entrée inversée de l'amplificateur opérationnel OP est reliée au potentiel de référence par le capteur de pres- sion de chambre de combustion 1. Ce potentiel de référence est ici la masse. La tension aux bornes du capteur de pression 1 de la chambre de combustion est également désignée à la figure 4 par la référence us comme tension de capteur. L'entrée inversée de l'amplificateur opérationnel OP est reliée par la première résistance ohmique Ro à la sortie de l'amplificateur OP. La première capacité Co peut être branchée en parallèle sur la première résistance ohmique Ro par un second interrupteur S2. L'entrée non inversée de l'amplificateur opérationnel OP est reliée par la seconde résistance ohmique R1 à la sortie de l'amplificateur opérationnel OP. En outre, lo l'entrée non inversée de l'amplificateur opérationnel OP est reliée par la troisième résistance R2 au potentiel de référence. L'entrée non inversée de l'amplificateur opérationnel OP est en outre reliée par un premier inter-rupteur Si au potentiel de masse. La tension entre la sortie de l'amplificateur opérationnel OP et le potentiel de référence sera suivant le mode d'exploitation utilisé soit la tension de sortie uo du multivibrateur astable 15 soit le signal de tension uM de l'amplificateur de charge 25. A l'aide des deux interrupteurs Si, S2, il est maintenant possible de modifier le circuit amplificateur, ici l'amplificateur opérationnel OP avec les autres composants Ro, R1, R2, Co pour que le montage fonctionne soit comme os- cillateur selon le multivibrateur astable de la figure 1 a) soit comme amplificateur de charge selon la figure 2. La première résistance ohmique Ro est alors choisie pour servir pour le mode de fonctionnement du circuit 30 comme amplificateur de charge. Il est connu dans ces conditions, de dimensionner la première résistance ohmique Ro pour fixer une fréquence limite inférieure de l'amplificateur de charge et de dimensionner le traite-ment du signal de la pression dans la chambre de combustion saisi par le signal de tension uM. S'il n'est pas possible d'utiliser en commun la première résistance ohmique Ro pour les deux modes d'exploitation, à l'aide d'un autre interrupteur non représenté à la figure 4, on pourra commuter entre deux résistances ohmiques au lieu d'utiliser seulement la première résistance ohmique Ro. Les deux interrupteurs S1, S2 permettent alors de sélectionner le mode d'exploitation du circuit 30: si les deux interrupteurs S1, S2 sont fermés, le circuit 30 fonctionne comme amplificateur de charge comme à la figure 2. Si les deux interrupteurs S1, S2 sont ouverts, le cir- cuit 30 travaille comme oscillateur, c'est-à-dire comme multivibrateur astable selon la figure la).
Les interrupteurs S1, S2 peuvent être par exemple des inter-rupteurs électroniques qui, dans cet exemple, sont commandés en fonc- tion de l'angle du vilebrequin. Dans la plage intéressante du cycle de fonctionnement d'un moteur pour le cylindre 10, on exploite la pression de la chambre de combustion sous la forme du signal de tension uM. Dans une autre plage de l'angle de vilebrequin, le circuit 30 fonctionne alors comme multivibrateur astable pour déterminer la capacité Co du capteur de pression dans la chambre de combustion 1.
Si la commande 75 commande la commutation entre les deux modes d'exploitation, la commande 75 peut également commuter vers le traitement respectif du signal de sortie du circuit 30. Pendant le fonctionnement en oscillateur, le signal de sortie du circuit 30 n'est pas interprété comme signal de tension uM mais comme tension de sortie us du multivibrateur astable c'est-à-dire non comme grandeur caractéristique de la pression dans la chambre de combustion. Bien plus, la tension de sortie uo est exploitée dans ce cas pour déterminer la fréquence ou la période T par exemple à l'aide d'un compteur dans un microprocesseur de la commande 75 et ainsi servir à déterminer la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1. Pendant le mode de fonctionne-ment en amplification de charge, le signal de sortie du circuit 30 est alors interprété comme signal de tension uM et ainsi comme grandeur caractéristique de la pression dans la chambre de combustion. A partir du signal de tension uM, on pourra alors calculer les grandeurs spécifiques de la combustion dans la commande 75.
Pour le mode de fonctionnement du circuit 30 comme oscillateur, pour déterminer la capacité Cs du capteur de pression de cham- bre de combustion 1, on dimensionne les résistances ohmiques Ro, R1,, R2 pour que la fréquence de la tension de sortie uo se situe dans une plage dans laquelle il y a un nombre suffisant de périodes de l'oscillation rectangulaire formée selon la figure lb), dans la plage de l'angle de vilebrequin du second mode d'exploitation et pour que la cadence interne du micro- processeur de la commande 75 permette une résolution suffisante de la fréquence de cette oscillation rectangulaire. Cela garantit que la fréquence de l'oscillation rectangulaire et ainsi la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1 puisse être déterminée de manière fiable pendant le second mode d'exploitation. A mesure que le régime du moteur augmente (vitesse de rotation) la durée du temps d'échappement ou d'expulsion du cylindre 10 diminue si bien que le cas échéant, la fréquence des oscillations rectangulaires de la tension de sortie us obtenue par le dimensionnement des résistances ohmiques Ro, R1, R2 n'offre plus de périodes suffisantes dans la plage de l'angle de vilebrequin pour per-mettre le second mode d'exploitation. C'est pourquoi, suivant une variante de réalisation de l'invention, on peut également prévoir qu'en fonction du régime du moteur à combustion interne 5, la première résistance ohmique Ro, la seconde résistance ohmique R1 et/ou la troisième résistance ohmique R2 soient remplacées par chaque fois une autre résistance par commutation pour différents régimes du moteur, pour disposer d'un nombre suffisant de périodes du signal d'oscillation rectangulaire de la tension de sortie uo dans la plage du vilebrequin pour le second mode d'exploitation, et permettre une résolution suffisante de la fréquence de cette oscillation rectangulaire par la cadence interne du microprocesseur de la commande 75.
Dans l'exemple de la figure 4 on a réuni le circuit de l'amplificateur de charge de la figure 2 au circuit du multivibrateur asta- ble de la figure 1 a) en un unique circuit 30 en commutant à l'aide des interrupteurs Si, S2. De manière correspondante, le circuit du convertisseur d'impédance de la figure 3 peut également être combiné au circuit du multivibrateur astable de la figure 1 a) en prévoyant des commutations.
La figure 5 montre le signal de sortie de l'amplificateur opé- rationnel OP du circuit 30 selon la figure 4 en fonction de l'angle de vilebrequin en degré. Pendant la combustion du mélange air/carburant dans la chambre de combustion 35 du cylindre 10, dans une plage d'angle de vilebrequin comprise entre 0 et environ 550 d'angle de vilebrequin et entre un angle de l'ordre 700 et un angle de vilebrequin de l'ordre 720 , on exécute le premier mode d'exploitation et le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel OP correspond à la tension de signal uM. Le premier interrupteur Si et le second interrupteur S2 sont alors fermés. Dans le second mode d'exploitation compris entre environ 550 d'angle de vilebrequin et environ 700 d'angle de vilebrequin, les deux interrupteurs Si, S2 sont ouverts et le circuit 30 travaille comme oscillateur: à la sortie du circuit, on a la tension uo sous la forme d'une oscillation pratiquement rectangulaire dont la fréquence permet de déterminer la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1 comme cela a déjà été décrit. La figure 5 montre pour le premier mode d'exploitation sous la forme du signal de tension uM, la courbe de la pression dans la chambre de combustion avec un maximum en phase de détente du cylindre 10 qui correspond à un angle de vilebrequin de l'ordre de 370 .
Le circuit configurable 30 tel que décrit peut être réalisé à partir de composants électroniques distincts mais aussi sous forme de circuits intégrés. Le circuit peut ainsi être installé à proximité du capteur de pression de chambre de combustion 1 par exemple dans le même boîtier mais aussi être intégré à la commande 75. Le capteur de pression de chambre de combustion 1 n'est alors en général pas intégré dans la commande 75.
Les interrupteurs Si, S2 peuvent être des composants électroniques par exemple sous la forme de transistors ou autres circuits semi-conducteurs ou des éléments à contact tels que des relais.
On connaît des courbes caractéristiques donnant le profil de température des éléments piézo-électriques. Si les facteurs influents ne dépendant pas de la température sur la capacité de tels éléments piézo-électriques tels que le capteur de haute pression de chambre de combus- tion 1 et qui sont définis par les propriétés de la matière et les caractéristiques géométriques sont constants, on pourra déterminer directement à partir de la fréquence d'oscillation du signal rectangulaire selon la figure lb) en mode oscillant du circuit 30 c'est-à- dire le second mode d'exploitation, la capacité Cs du capteur de pression de chambre de com- bustion 1 et ainsi la température.
Le calibrage de la caractéristique (courbe caractéristique) entre la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1 et la température de ce capteur 1 permet de tenir compte des facteurs d'influence indépendants de la température agissant sur la capacité Cs du capteur de pression 1. Pour cela, selon un autre développement de l'invention, on peut prévoir de mesurer la température de l'élément de capteur 1 et si le capteur de pression de la chambre de combustion a un point de fonctionnement défini du moteur à combustion interne 5. A ce point de fonctionnement défini, on détermine ensuite en outre la température du capteur de pression de chambre de combustion de la manière décrite à partir de la fréquence de l'oscillation rectangulaire de la tension de sortie uo dans le second mode d'exploitation du circuit 30 à l'aide de la capacité Cs du capteur de pression 1 et de la courbe caractéristique température/capacité décrite ci-dessus. Cette courbe caractéristique de la température/capacité sera alors corrigée de façon qu'au point de fonctionnement indiqué du moteur à combustion interne 5, la température mesurée pour la capacité associée Cs du capteur de pression 1 se situe sur la courbe caractéristique de température/capacité. Pour cela, il faut décaler la courbe caractéristique tout en conservant la pente jusqu'à ce que la température mesurée se trouve sur la courbe caractéristique correspondant avec la capacité Cs déterminée pour ce point de fonctionnement.
Comme point de fonctionnement prédéfini pour cette opé- ration de calibrage, on peut par exemple mesurer une température directement avant ou après le démarrage du moteur, température qui correspond aussi bien que possible à la température du capteur de pression de chambre de combustion 1. Si le capteur de pression 1 est installé dans la culasse ou sur un composant de la culasse, la température de l'agent de refroidissement est une température appropriée dont la mesure correspond sensiblement à la température du capteur de pression de chambre de combustion directement avant ou après le démarrage du moteur en particulier si le moteur à combustion interne 5 était refroidi à la température ambiante avant le démarrage du moteur. La température me- surée de l'agent de refroidissement directement après le démarrage du moteur, correspond également sensiblement à la température ambiante.
En variante de l'utilisation du circuit 30 pour effectuer les deux modes d'exploitation, on peut également prévoir que pendant le premier mode d'exploitation, l'amplificateur de charge selon la figure 2 ou le convertisseur d'impédance selon la figure 3 soit relié au capteur de pression de chambre de combustion 1 et que pendant le second mode de fonctionnement, le multivibrateur astable selon la figure 1 a) soit relié au capteur de pression de chambre de combustion 1; ainsi, suivant le mode d'exploitation du capteur de pression de chambre de combustion 1, on aura raccordé chaque fois un autre circuit par exemple à l'aide d'un interrupteur ou commutateur. On peut également prévoir de déterminer la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1 en coupant le capteur de pression par rapport à l'amplificateur de charge au cours du second mode d'exploitation selon la figure 2 ou du convertisseur d'impédance selon la figure 3 et de brancher au lieu de cela un circuit de mesure. Un mode de réalisation d'un tel circuit de mesure est par exemple constitué par un montage en pont permettant de déterminer directement la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1. Pour exploiter le signal du capteur de pression de chambre de combustion 1 pour saisir la grandeur de mesure ou le signal de tension uM, on peut également utiliser d'autres circuits de traitement de signal reliés au capteur de pression 1 pendant le premier mode d'exploitation.
Ainsi, on peut prévoir dans le premier mode d'exploitation du capteur de pression de chambre de combustion 1, de ne relier celui-ci qu'à un circuit d'exploitation du signal du capteur 1 pour saisir la grandeur de mesure par le signal de tension uM et de relier le capteur de pres- Sion 1 dans le second mode d'exploitation seulement à un circuit de saisie de la grandeur caractéristique du capteur de pression 1 différente de la grandeur de mesure; dans cet exemple, il s'agit de la capacité ou de la température du capteur de pression 1 sous la forme de la tension de sortie uo.
Dans les exemples de réalisation décrits ci-dessus, l'amplificateur de charge 25 de la figure 2 ou le convertisseur d'impédance 20 de la figure 3 ou le circuit 30 avec les interrupteurs Si, S2 fermés constituent un premier moyen d'exploitation alors que le multivibrateur astable selon la figure 1 a) et le circuit 30 selon la figure 4 dans le cas d'interrupteurs SI, S2 ouverts constituent le second moyen d'exploitation.
A partir du signal de tension uM, on peut calculer les grandeurs spécifiques de la combustion dans la commande 75.
La figure 7 montre un ordinogramme d'un exemple d'exécution du procédé de l'invention. Après le départ du programme, la commande 75 saisit au point de programme 100, l'angle actuel KW du vilebrequin par exemple à l'aide d'un capteur d'angle de vilebrequin. On peut en outre prévoir en option qu'au point de programme 100, la commande 75 fixe la fréquence du réglage du second mode d'exploitation en fonction de la vitesse de variation de la capacité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1 en prédéfinissant une valeur n appropriée pour que le second mode d'exploitation ne soit activé que pour chaque n-énième cycle de travail du cylindre 10. La vitesse de variation de la capa-cité Cs du capteur de pression de chambre de combustion 1 peut se dé-terminer en fonction du temps à partir des valeurs précédemment obtenues pour la capacité Cs par la commande 75. De plus, au point de programme 100, la commande 75 vérifie dans quel cycle de travail le second mode d'exploitation a été activé en dernier lieu. Ensuite, on passe au point de programme 105.
Au point de programme 105, la commande 75 vérifie si l'angle actuellement déterminé du vilebrequin se situe dans une plage comprise entre 0 et 550 ou entre 700 et 720 . Si cela est le cas, on passe au point de programme 110; dans le cas contraire, on passe au point de programme 115.
Au point de programme 110, la commande 75 ferme les deux interrupteurs Si, S2 et active ainsi le premier mode d'exploitation. Ensuite, on quitte le programme.
Au point de programme 115, la commande 75 vérifie si partant du dernier cycle de travail du cylindre 10 dans lequel le second mode d'exploitation a été activé, on a entre temps de nouveau atteint le nième cycle de travail du cylindre 10. Si cela est cas, on passe à un point de programme 120. Dans le cas contraire, on quitte le programme.
Au point de programme 120, la commande 75 assure l'ouverture des deux interrupteurs S1, S2 du circuit 30 de la figure 4 acti- vant ainsi le second mode d'exploitation. Ensuite, on quitte le programme.
Le programme selon la figure 7 peut ainsi être parcouru de nouveau notamment pour chaque nouvel angle de vilebrequin. Ainsi, le premier mode d'exploitation et le second mode d'exploitation alternent périodiquement; comme décrit, le second mode d'exploitation n'a pas à être exécuté après chaque cycle de travail du cylindre 10. Si la valeur n de la fréquence de l'activation du second mode d'exploitation varie, la période avec laquelle alternent le premier mode d'exploitation et le second mode d'exploitation varie également.
L'ordinogramme de la figure 7 repose sur la réalisation des deux modes d'exploitation à l'aide du circuit 30 de la figure 4.
L'invention n'est pas limitée à l'utilisation d'un capteur de pression de chambre de combustion comme élément de capteur 1; elle peut se mettre en oeuvre avec n'importe quel élément de capteur notam- ment avec des capteurs piézo-électriques et en particulier des capteurs de pression. L'invention n'est pas non plus limitée à la température ou à la capacité comme grandeurs caractéristiques de l'élément de capteur 1; elle peut s'étendre à n'importe quelles grandeurs caractéristiques de l'élément de capteur 1. Le seul élément décisif est que le signal de l'élément de capteur 1 qui est formé en fonction d'une grandeur de mesure et qui est délivré par l'élément de capteur 1 soit exploité dans un premier mode d'exploitation pour saisir la grandeur de mesure et que dans le second mode d'exploitation, le signal fourni par l'élément de capteur 1 soit exploité pour saisir une grandeur caractéristique de l'élément de capteur 1 qui soit différente de la grandeur de mesure. Cela peut se réaliser notamment et comme décrit en reliant l'élément de capteur à des circuits différents pour chaque mode d'exploitation; dans le premier mode d'exploitation, l'élément de capteur est relié à un circuit qui exploite le si- gnal de l'élément de capteur 1 pour saisir la grandeur de mesure. Dans le second mode d'exploitation, l'élément de capteur est alors relié à un circuit qui exploite le signal de l'élément de capteur pour saisir la grandeur caractéristique de l'élément de capteur 1, différente de la grandeur de me- sure. On peut prévoir que seulement l'un des deux circuits soit relié à l'élément de capteur 1 suivant le mode d'exploitation à réaliser.
Claims (10)
1 ) Procédé d'exploitation d'un élément de capteur fournissant un signal dépendant d'une grandeur de mesure, caractérisé en ce que dans un premier mode d'exploitation, le signal de l'élément de capteur (1) est exploité pour saisir la grandeur de mesure et dans un second mode d'exploitation, le signal de l'élément de capteur (1) est exploité pour saisir une grandeur de l'élément de capteur (1), caractéristique, différente de la grandeur de mesure.
2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on commute entre les deux modes d'exploitation en fonction d'au moins une grandeur de commande.
3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de capteur (1) est un capteur de pression de chambre de combustion pour saisir la pression régnant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne (5).
4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la grandeur de commande choisie est l'angle du vilebrequin du moteur à combustion interne (5).
5 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le second mode d'exploitation pour saisir la grandeur caractéristique de l'élément de capteur (1) différente de la grandeur de mesure pour un cylindre (10) du moteur à combustion interne (5) est réglé pendant au moins un temps d'échappement de ce cylindre (10).
6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on sélectionne la fréquence du réglage du second mode d'exploitation pour saisir la grandeur caractéristique de l'élément de capteur (1) différente de la grandeur de mesure en fonction de la vitesse de variation de la grandeur caractéristique.
7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on exploite comme grandeur caractéristique de l'élément de capteur (1) une température ou une capacité.
8 ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que pour saisir la température ou la capacité de l'élément de capteur (1), on utilise un oscillateur (15) notamment un multivibrateur astable qui génère une fréquence dépendant seulement de la capacité de l'élément de capteur (1).
9 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour saisir la grandeur de mesure de l'élément de capteur (1), on utilise un convertisseur d'impédance (20) ou un amplificateur de charge (25).
10 ) Dispositif (30) pour exploiter un élément de capteur (1) fournissant un signal dépendant d'une grandeur de mesure, caractérisé en ce que des premiers moyens d'exploitation (20, 25) exploitent dans un premier mode d'exploitation, le signal de l'élément de capteur (1) pour saisir la grandeur de mesure, et des seconds moyens d'exploitation (15) exploitent dans un second mode de fonctionnement, le signal de l'élément de capteur (1) pour saisir une grandeur caractéristique de l'élément de capteur (1) différente de la grandeur de mesure.
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