Brevet FR2259355A1 — publié le 19750822

La prCsente invention se rapporLe a un diupositif destiné à effectuer la mesure du débit d'air dans le conduit d'adm@ssi@@ de moteurs à combustion inerne Les dispositifs de ce genre sont bien conn@s, eL ieur usage est devenu de plus en plus important dans la techuique du jusage du carburant des moteurs à combustion interne, dosage effectué en vue d'assurer en toutes conditions la régularicé du régime de fonctionnement, e le rapport aircarburant du mélange qui doit être introduit dans les cylindres. Toutefois, les dispositifs connus font appel à des principes physiques très compliqués au point de ne pouvoir être complètemen commandés et d'être d'application facile et économique du fait qu'ils exigent des circuits électroniques compliqués destinés à fournir des ignaex correspondant à des caractéristiques physico-chimiques peu utilises e-l pratique, conne par exemple des variations de la constante paramagnétrque d'un certain compos@, ou des caractéristiques optiques ou thermiques ou autres, ou encore des différences de pression, en utilisant l'effet Venturi. Le dispositif selon l'invention a été conçu, d'une part, pour supprimer les inconvénients résultant d'une complication excessive des circuits, et, d'autre part, pour fournir une indication précise et non susceptible des variations dues, par exemple, aux changements de température, comme cela se produit pour les phénomenes cités plus haut. Selon l'invention, ce nouveau dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend - un générateur d'ultrasons sur 13 surf: ce interne de la buse d'aspiration; - deux récepteurs d'ultrasons disposés sur la L -se de façon symétrique par rapport au générateur; - des éléments modulateurs du signal du genérat@ur; - des éléments pour le calcul distinct, par rapport à l'onde porteuse et à l'onde modulée, de la différence des phases enrre les signaux à l'arrivée dans ces récepteurs; - des éléments pour le calcul de la vitesse de l'air dans la buse, d'après ces différences de phases; et - des éléments pour le calcul du débit massique d'air da@s la buse à chaque tour du moteur. D'autres objets et avantages de l'inventier, ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, une forme pr@férée de réalisation; sur ces dessins: -- la figure 1 est le schéma de principe d'un @lspositif selon l'invention; et - les figures 2 et 3 sont des schémas expliquant le fonctionnement de ce dispositif. La référence 10 désigne, sur la figure 1, la buse d'aspiration d'un moteur à combustion interne 11 de la manse 13 la référence 12 désigne le filtre du moteur; la buse 10 communique directement à l'air libre et, par suite, la pression qui règne à sen extrémité libre est la pression atmosphérique Po. En un point de la paroi latérale de la buse d'aspiration est installé un générateur d'ultrasons 14, connu en soi, par exemple un générateur piézoélectrique; de part et d'autre sont disposés, symétriquement par rapport à ce générateur, deux récepteurs de signaux à ulcrasons 16 et 18, constitués eux-memes par des cristaux piézoélectriques, par exemple Le géné- rateur 14 est alimenté par un oscillateur 20 qui émet à une fréquence de l'ordre de 40 kHz; cette fréquence est modulée en amplitude au moyen d'un modulateur 22, connu en soi, à une fréquence d'environ 800 Hz. Aux récepteurs 16 et@18 parvient donc un signal porteur a environ 40 kHz, auquel est superposé un signal de modula@ion à environ 8C0 lis; les signaux, à la sortie des deux récepteurs, traversent deux discriminateurs ou filtres 24 et 26, connus en soi, qui séparent les de signaux relatifs à l'onde porteuse et à l'onde modulante. Les signaux relatifs à l'onde porteuse sont injectés da un circuit 28 qui calcule de déphasage entre les deux ondes porteuses provenant des récepteurs 16 et 18. De la même façon, les signaux relatifs à l'onde modulante sont injectés dans un circuit 30 qui calcule le déphasage entre les deux ondes modulées. Ensuite, les signaux représentant les déphasages indiqués ci-dessus sont envoyés dans un circuit melangeur 32, qui fonctionne comme explique plus loin; le signal à la sortie du circuit mélangeur 32 qui, comme on le verra,représente la vitesse d'entrée de l'air dans la buse d'aspiration, est envoyé dans un circuit de calcul 34 qui, par une strie d'opérations, émet un signal qui indique directement le débit massique d'air; cette information est élaborée ensuite dans le circuit 36 pour introduire encore l'information relative au nombre de tours du moteur, détectée au moyen d'une roue phonique ou par un autre moyen; enfin, le signal à la sortie 36 déclenche les organes de commande, par exemple les injecteurs, en en réglant le temps d'ouverture et, par suite, la quantité de mélange à introduire. Les figures 2 et 3 représentent la variation dii déphasage entre les ondes captées par deux récepteurs, en fonction de li vitesse de l'air, ou débit: quand la vitesse d'entree de l'air par ia busc est nulle, c'est-à-dire à l'état de repos, les signaux provenant des deJx récepteurs sont exactement en phase; à mesure que Ia vitesse Je l'eir auvnente, les signaux présentent un déphasage réciproque, qui peut atre faciienent décelé par des calculs vectoriels, puisque bien entendu, lorsque la vitesse de l'air augmente, le signal qui atteint le récepteur 8 est en avance sur le signal qui atteint le récepteur 16.A vrai dire, un tel déphasage ne peut pas, par le calcul, indiquer exactement la vitesse de l'air, dans la mesure où l'on a relevé expérimentnlement que, en suppesant ure vo iation de l à 40 dans le rapport entre la vitesse maximale et la vitesse minimale. on a de faqon correspondante une variotior du déphasage de 0 à 7#, à savoir que l'on a pratiquement les couditions représentées sur la @igure 7 pour l'onde porteuse. Dans le meme domaine de variation du rapport entre vitesse maximale et vitesse minimale, on trouve, pour les fréquences de fonctionnement indiquées ci-dessus, un déphasage variable entre 0 et #/25, comme la montre la figure 3, pour l'onde modulée.Par conséquent, au moyen du circuit mlangeur 32, et avec des opérations simples (par exemple avec un circuit à seui 1), on effectue une mesure sur l'onde modulante, en repérant par exemple le point A puis, après avoir fixé le domaine de variation de l'onde porteuse, on repère le point B, c'est-à-dire la valeur correspondante du déphasage de l'onde porteuse. En bref, on effectue une mesure grossière pour définir le domaine d'action, puis une mesure fine. W En définitive, on a : F = , expression dans laquelle F KT désigne le déphasage entre les deux ondes porteuses, X la vitesse de l'air, T la température de l'air, K une constante fonction des conditions géométriques du conduit. SW Le débit G est donné par : G = , expression dans laquelle S V désigne la section de la conduite, V le volume spécifique de l'air dans la conduite qui, l'air étant considéré comme un gaz diatomique, résulte de la formule bien connue pv = RT. On obtient donc par substitution : G = K' pF, où K' esL une constante et où P désigne la pression dans la conduite, mesurable à l'aide d'un simple transducteur de pression; F désigne le déphasage. Bien entendu, les circuits de calcul en aval du dispositif à ultrasons n'ont été indiqués qu'à titre d'exemple et l'on peut apporter des modifications aux fréquences de fonctionnement, et à la forne et aux dimen- sions du collecteur, sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D t C A T f r O N Dispositif pour la mesure du débit d'air dans le condull d'alimentation de moteurs à combustion interne, ce dispositif @ant carac térisé en ce qu'il comprend - un générateur d'ultrasons sur la surface interne de Ia buse d'aspiration ; - deux récepteurs d'ultrasons disposés sur la buse de façon symétrique par rapport au générateur - des éléments modulateurs du signai du générateur - des éléments pour le calcul distinct, par rapport à l'onde porteuse et à l'onde modulée, de la différence des phases entre les signaux à l'arrivée dans ces récepteurs - des éléments pour le calcul de la vitesse de l'air dans la buse, d'après ces différences de phases ; et - des éléments pour le calcul du débit nassique d'air dans la buse à chaque tour du moteur.