Brevet FR2129257A1 — publié le 19721027

Qltai i 2129257 La présente invention, due à la collaboration de Monsieur Jean-Pierre RIVERE, se rapporte à un procédé de mesure de la pression moyenne pratiquement instantanée et continue d'un milieu fluide parcouru d'ondes de pression en régime pulsatoire. 5 On connaît les difficultés qui existent dans l'établissement des corrélations de volumes de fluide débités dans un conduit de section constante ou variable pendant un temps T , fixé à l'avance, avec la pression motrice mettant en vitesse ledit fluide, lorsque ladite pression motrice est puisée, 10 c'est-à-dire varie en fonction du temps d'une façon périodique. Une méthode simple de corrélation entre le volume débité VQ et cette pression puisée consiste à calculer la pression constante moyenne qui permettrait de débiter le même VQ pendant le même temps Tq et pour une fréquence donnée. C'est le cas, par 15 exemple, des tuyères utilisées en régime puisé pour la mesure des débits, ou bien des procédés d'injection de carburant dont les paramètres principaux de réglage sont la pression moyenne régnant dans la tubulure d'admission et une correction de vitesse permettant à un moteur à combustion interne de fonctionner à 20 richesse constante. Dans l'automobile moderne, la nécessité d'un réglage anti-pollution efficace rend de plus en plus utile la connaissance de cette pression instantanée avec une grande précision et une grande rapidité. 25 La présente invention a pour objet un procédé de mesure et un dispositif s'appliquant plus généralement à tout système mécanique à fonctionnement périodique générant en synchronisme des ondes de pression périodiques. Ce procédé de mesure de la pression moyenne est le 30 suivant : 1° - Traduction de la pression instantanée sous forme d'un signal électrique amplifié émis par un capteur de pression à temps de réponse très rapide et la transformation de ce signal en une tension qui est fonction de ladite pression, cette tension 35 alimentant un intégrateur électrique déterminant la pression moyenne. ?° - Commande du déclenchement de l'intégrateur, de sa période d'intégration et de la remise à zéro de cet intégrateur 71 09831 2 2129257 à la fin de ladite période avant déclenchement de l'intégration suivante, par au moins un capteur de période commandé par les organes engendrant les pulsations de pression, et qui émet un signal électrique pendant au moins une fraction de période. 5 3° - Transmission du résultat de chaque intégration à une mémoire relais dont l'information précédente est transmise à un calculateur, pour utilisation, pendant la période d'intégration préalable durant laquelle elle est disponible, avec ensuite une remise à zéro de la mémoire pour recevoir le résultat de 10 l'intégration suivante. Un autre objet de l'invention est l'application de ce procédé de mesure à la régulation de l'alimentation des moteurs à combustion interne, en considérant la quantité d'air de remplissage des cylindres comme une fonction connue de la pression 15 absolue moyenne ainsi mesurée dans la tubulure d'admission. L'intégration de la pression peut s'effectuer sur un nombre de tours qui est un multiple égal ou supérieur à une période pouvant être une fraction de tour du vilebrequin du moteur, par exemple un demi-tour. 20 Plus particulièrement, ce procédé de mesure de la pression moyenne est le suivant : a) traduction de la pression puisée sous forme d'un signal électrique émis par un capteur de pression à temps de réponse très rapide, soumis à la pression dans la veine; 25 b) réalisation^par une chaîne d'amplificateurs commandée par le capteur de pression^de la traduction de la grandeur électrique émise par le capteur en fonction de la pression, en tension proportionnelle ou non, suivant les besoins, à la pression • instantanée mesurée par le capteur de pression ; 30 c) commande par la chaîne d'amplificateurs d'un inté grateur électrique fournissant la pression moyenne ; d) détection par des capteurs électro-mécaniques ou purement électriques, d'une ou plusieurs périodes et/ou d'une fraction de période à partir du mouvement des organes mécaniques 35 qui engendrent la pression puisée, ces capteurs ayant pour mission: - d'assurer le déclenchement de l'intégration par l'intégrateur cité ci-dessus à partir d'un repère de périodicité desdits organes mécaniques ; 71 09831 3 2129257 - de détecter toute la période d'intégration choisie ; - d'imposer la fin de l'intégration lorsque la ou les périodes et/ou fraction de période du mouvement desdits organes mécaniques sont mesurées; 5 e) transmission du résultat de l'intégration par un système de transfert vers une mémoire électrique (analogique, numérique ou hybride) ; f) remise à zéro de l'intégrateur après transfert de l'information, ce qui autorise une nouvelle intégration avec un 10 temps mort minimum entre deux intégrations, limitant ainsi l'erreur de calcul de la pression moyenne au strict minimum ; g) conservation par une mémoire électrique (analogique, numérique ou hybride) de l'information concernant la pression moyenne, sous forme d'une tension pendant un temps sensiblement 15 égal à la période d'intégration, cette information étant alors disponible pendant cette période d'intégration à des finsde calcul ; h) la mémoire électrique est remise à zéro après utilisation de l'information qu'elle contenait ; 20 i) transmission de cette information par un convertis seur analogique-numérique (facultatif) permettant de commander directement un système de calcul numérique ou analogique automati- Q_!IG • Le dispositif résultant de l'application de ce procédé 25 peut comporter ou non un système de synchronisation distribuant les informations de pression moyenne en un ou plusieurs endroits d'un système de calcul automatique analogique ou numérique. Un exemple d'application à la régulation d'un moteur â combustion interne,illustrant le procédé objet de l'invention, 30 apparaîtra dans la description ci-dessous donnée à titre d'exemple en référence au dessin annexé dans lequel : - la figure 1 représente le schéma d'application du procédé objet de l'invention ; - la figure 2 représente un diagramme de fonctionnement 35 de l'integrateur. Selon le schéma de la figure 1, on dispose sur le volant 1 d'un moteur 2 au moins un bossage 3 susceptible d'être détecté par des capteurs de proximité et C^ (électrostatiques 71 09831 4 2129257 ou électromagnétiques). Cette solution procure les avantages suivants : - pas de contacts mécaniques ou électriques peu fiables et de fonctionnement incertain ; 5 - repérage angulaire quasi-parfait du vilebrequin. Un capteur de pression P à temps de réponse faible est disposé en un endroit approprié de la tubulure d'admission 5. Une observation élémentaire permet de constater, pour un moteur à quatre cylindres par exemple, que l'onde de pression circulant 10 dans la tubulure d'admission est périodique et a pour période un demi-tour de vilebrequin, à condition toutefois que les conditions de marche du moteur soient stabilisées. Cependant, dans les phases transitoires, le remplissage en air des cylindres étant pratiquement une fonction linéaire de la pression absolue moyenne 15 régnant dans la tubulure d'admission 5, il n'y a pas d'inconvénient à utiliser la notion de pression moyenne même dans les phases transitoires d'accélération ou de décélération. Le capteur P est raccordé par une résistance r^ à un amplificateur A capable de traduire la grandeur variable engendrée 20 dans le capteur P par la pression puisée en une tension électrique E proportionnelle à ladite pression puisée. Une résistance r2 de contre-réaction relie l'entrée e^ et la sortie s^ de l'amplificateur A. Celui-ci est un amplificateur de tension si le capteur P est un quartz,et un convertisseur courant-tension dans le cas où 2 5 le capteur est â jauge de contrainte à semi-conducteur ou non. La tension E est envoyée à l'entrée e2 d'un intégrateur électrique désigné dans son ensemble par 6. Cet intégrateur comprend une résistance d'entrée r^ reliée à un transistor 7 à effet de champ (désigné par le sigle 30 FET) raccordé à la borne plus d'un amplificateur opérationnel 8 dont la borne moins est mise à la masse par une résistance r^, tandis que des résistances rg, r^ sont branchées en parallèle avec l'amplificateur. La sortie s^ de l'amplificateur opérationnel est reliée à un deuxième transistor à effet de champ 9 raccordé à !5 la sortie S de l'intégrateur 6 reliée à un calculateur C. Une mémoire capacitive C^ est branchée entre la borne plus de l'amplificateur opérationnel 8 et la masse ; un transistor à effet de champ 10 est raccordé de part et d'autre de la mémoire 71 09831 5 2129257 C^. Une autre mémoire-tampon formée par un condensateur est branchée entre la sortie S de l'intégrateur et la masse, et un transistor à effet de champ 11 est raccordé de part et d'autre du condensateur CM. S Une porte (OU - NON) 12 commande à sa sortie s^ le transistor 7, tandis qu'une bascule monostable (B) 13 commande à sa sortie le transistor 9, et cette sortie étant aussi reliée à une des entrées e^ de la porte 12, dont l'autre entrée est reliée à la sortie s^ d'une bascule monostable (B) 14. Une 10 bascule monostable (B) 15 commande à sa sortie sg le transistor à effet de champ 11, tandis que son entrée e^ est raccordée à la sortie s^ de la porte 12. Le bossage 3, susceptible d'être détecté par les capteurs de proximité et C^, permet que l'intégration se 15 fasse tous les demi-tours de vilebrequin. Chaque capteur est relié à une bascule (ou trigger) de Schmidt TR^, TRg reliés aux entrées e^ d'une porte OU 16, dont la sortie s^ est reliée d'une part à l'entrée e^ de la bascule 14 et d'autre part à l'entrée e^ de la bascule 13 de l'intégrateur 6. 20 Le déroulement de la séquence d'intégration s'effectue de la façon suivante : L'indicateur 3 passe devant un capteur de proximité C^ ou Cj- Dans le cas, par exemple, où le capteur de proximité est à déclenchement électrostatique, il délivre une impulsion 25 de mise en forme à la bascule de Schmidt TR^ de façon à normaliser la forme de ladite impulsion sous forme d'un créneau rectangulaire Q que l'on retrouve à la sortie de la porte 16. Ce créneau Q autorise le transfert du contenu de la mémoire capacitive C^ dans le condensateur-mémoire-tampon C^ en 30 fermant le transistor à effet de champ 9 pendant le temps nécessaire au transfert sans erreur du condensateur C^, ce temps étant calibré par la bascule monostable 13. Le créneau Q active également la bascule monostable 14 dont la mission est de vider le condensateur C^en agissant 35 sur le transistor à effet de champ 10, permettant ainsi l'intégration du signal lorsque le transistor a effet de champ 7 se comporte comme un interrupteur fermé. Il va de soi que la remise à zéro RAZ de la mémoire C^ 71 09831 6 2129257 se fera sur le flanc de descente de l'impulsion délivrée par la bascule monostable 14 dont le temps T' de basculement doit être plus grand que le temps de basculement T de la bascule monostable (B) 13. 5 La porte OU - NON 12 interdit l'entrée du signal issu de l'amplificateur A traduisant la pression en tension, pendant les phases de transfert de l'information de en et pendant la phase de remise à zéro du condensateur C^. En effet, chaque fois que les bascules 13 ou 14 sont à l'état 1 (excitées) on a 10 0 à la sortie de la porte OU - NON et le signal 0 bloque le transistor 7 a la sortie de la porte. On interdit ainsi l'intégration pendant la remise à zéro. Un circuit annexe RAZ^ peut éventuellement être utilisé pour remettre à zéro le condensateur C^. Le signal de pression 15 moyenne Phi sort en S vers le calculateur C. Le diagramme séquentiel de fonctionnement de l'intégrateur selon la figure 2 représente schématiquement les positions relatives des différentes impulsions de tension. Les lignes d'impulsions successives et 0.^ représentent les impulsions 20 des capteurs de position. La ligne d'impulsions marquée Q indique les impulsions qui saturent le transistor 9 de façon à autoriser le transfert du contenu du condensateur C. dans la mémoire C en î m fin d'intégration. La ligne suivante RAZ figure, sur la même fréquence d'impulsions, la remise à zéro du condensateur d'inté-25 gration C^. La ligne d'impulsions 7 figure la phase d'intégration calculant la pression moyenne Pm et déclenchée après chaque remise à zéro du condensateur d'intégration de la ligne précédente. L'avant dernière ligne RAZ figure les impulsions de remise à zéro du condensateur de la mémoire relais, après 30 transmission de l'information de pression moyenne Pm au calculateur C, cette remise à zéro s'effectuant avant la fin de la phase d'intégration de l'information suivante figurée en ligne 3 et qui va lui être transmise. Enfin, la dernière ligne représente l'ordre de transfert de l'information "pression moyenne" 35 contenue dans le condensateur au condensateur mémoire C^. Ce diagramme est donné à titre d'exemple non limitatif. Bien d'autres formes de commande séquentielle peuvent être imaginées pour assurer les fonctions : 71 09831 7 2129257 - de transfert ; - de remise à zéro de C. : x - d'intégration ; - de remise à zéro de C„ ; M ' - du calculateur de pression moyenne Pm, sans sortir du cadre de l'invention ou pour réaliser une séquence d'élaboration d'une pression moyenne à partir d'une pression puisée. Une telle méthode de mesure trouve son application dans le domaine de l'automobile dans : - l'injection électronique -, - la détermination du point d'allumage électronique ; - la détermination mixte de temps d'injection et de point d'allumage ; - la commande de boîtes de vitesses automatiques. Elle peut également s'appliquer, dans un domaine beaucoup plus large a des régulations de tout type de moteurs, ainsi que de processus industriels dans lesquels un contrôle continu de paramètres de fonctionnement à partir de pressions à régime de variation pulsatoires est nécessaire. 71 09831 8 2129257 REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure d'une pression moyenne d'un milieu fluide parcouru d'ondes de pression puisées, caractérisé par le fait que : a) la traduction de la pression instantanée est effectuée par un 5 capteur de pression P à temps de réponse très rapide, sous forme d'un signal électrique amplifié et transformé en une tension Equi est fonction de ladite pression, cette tension alimentant un intégrateur électrique 6 déterminant la pression moyenne Pm ; 10 b) la commande de déclenchement dudit intégrateur électrique 6, de sa période d'intégration et de sa remise à zéro RAZ à la fin de ladite période avant le déclenchement de l'intégration suivante est effectuée par au moins un capteur de période C^, C2 commandé par les organes engendrant les pulsations de 15 pression, et qui émet un signal électrique pendant au moins une fraction de période *, c) transmission du résultat de chaque intégration à une mémoire relais dont l'information précédente est transmise à un calculateur C, pour utilisation, pendant la période d'intégra- elle 20 tion prealable durant laquelle/est dxsponxble, avec ensuxte une remise à zéro de la mémoire pour recevoir le résultat de l'intégration suivante. 2. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le signal électrique du capteur de 25 pression P est transformé, au moyen d'une chaîne amplificatrice A, en tension E proportionnelle à la pression instantanée mesurée par le capteur P. 3. Procédé de mesure selon les revendications i et 2, caractérisé par le fait que le signal électrique traduisant la 30 pression instantanée est obtenu par un capteur à quartz associé à un amplificateur de tension. 4. Procédé de mesure selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le signal électrique traduisant la pression instantanée est obtenu par un capteur à jauge de 35 contrainte associé à un convertisseur courant-tension. 71 09831 9 2129257 5. Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le signal de mesure de période est obtenu par au moins un capteur de proximité C^, C2 du type électrostatique ou électromagnétique sans contact b mécanique avec les organes de pulsation. 6. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'information de pression moyenne Pm obtenue après intégration est conservée dans la mémoire électrique relais CTj, pendant un temps sensiblement égal à la 10 période d'intégration. 7. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'information de pression moyenne Pm de la mémoire relais est transmise à un calculateur numérique C par un convertisseur analogique-numérique. 15 8. Procédé de mesure selon les revendications 1 et 7, caractérisé par le fait que l'information de pression moyenne Pm est transmise en plusieurs points du calculateur automatique par un système de synchronisation. 9. Procédé de mesure selon l'une quelconque des reven- 20 dications précédentes, caractérisé par le fait que la pression puisée est la pression existant dans la tubulure d'admission 5 d'un moteur à combustion interne 2 dont la quantité d'air de remplissage des cylindres est considérée comme une fonction connue de la pression absolue moyenne dans ictdite tubulure, y compris 2 5 pendant les phases transitoires dTaccélération et de décélération. 10. Procédé de mesure selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la période d'intégration correspond à au moins un demi-tour (ou à un de ses multiples) du vilebrequin du moteur 2. 30