Brevet FR2274796A1 — publié le 19760109

La présente invention, à laquelle ont collaboré Messieurs Jean-Marie BOTTE et Roger CHELVEDER, concerne le domaine des moteurs et des carburants et,plus particulièrement, des dispositifs pour étudier et réguler l'avance à l'allumage d'un moteur en fonction d'un phénomène d'auto-inflammation appelé communément cliquetis. Le cliquetis est une forme de combustion parasitaire dans les moteurs. Il a une grande importance par ses répercussion sur la conception des moteurs, d'une part, sur la formulation des carburants, d'autre part s cette combustion parasitaire est habituellement détectée à l'oreille par les spécialistes car elle se mani- feste par un bruit métallique caractéristique et entrain parallèlement des vibrationset un échauffement excessif du moteur.Ce phénomène est dû à la combustion incomplète, dans les chambres de combustion du moteur, du mélange carburant t la charge résiduelle s'enflamme par elle-ême (auto-iffla-ation) et brdle pratiquement à volume constant, ce qui a pour conséquence d'augmenter sensiblement la pression localement. L'équilibrage de la pression est quasi immédiat et s'opère par déplacement, 9 grande vitesse, de masses gazeuses, ce qui provoque les vibrations et le bruit caractéristique du cliquetis.Cette auto-inflammation se produit après une pé riode de combustion normale qui débute dès l'allumage0 L'amplitude du phénomène dépend de nombreux paramètres et, notamment, du réglage du moteur (avance à l'allumage) et du carburant utilisé t les carburants sont caractérisés ,pour leur résistance au cliquetis,par leur pouvoir "antidétonnant", mesuré par l'in- dice bien connu appelé indice d'octane. La condition pour que le-phénomène de cliquetis se produise est que les réactions d'oxydation du carburant atteignent le stade de développement initiateur de2!auto-infiammation, avant que la masse de gaz "frais" (mélange comburant) ait été en totalité balayée par la flamme "anormale" de la combustion. Les délais d'auto- inflammation ont déjà fait l'objet de nombreuses études, notamment dans des machines à combustion rapide, et sont maintenant relativement bien connus. Le cliquetis peut être diminué par action mécanique (réglage du moteur) ou chimique choix du carburant en fonction des caractéristiques de fonctionnement du moteur). Parmi les facteurs mécyniques de diminution du phénomène parasitaire, on peut citer t - la vitesse de rotation du moteur t en effet, la tendance au cliquetis diminue, lorsque la vitesse augmente t toutefois, sur certaine moteurs modernes, un phénomène de cliquetis peut cependant apparattre è des régimes supérieurs i 4 500 tours/minute, ceci étant dû à l'augmentation générale du niveau thermique des parois du moteur, qui entrain évidemment une augmentation de température des gaz résiduels dans les chambres de combustion - d'où une plus grande aptitude à l'auto-inflammation. - la pression et la température d'admission du mélange cômbu- rant 2 plus ces deux paramètres sont importants, plus grande est l'aptitude au cliquetis. - l'avance i l'allumage s en soi, elle n'a pas une grosse influence sur l'importance du cliquetis. Par contre, la forme du diagramme "pression-angle de rotation" en dépend fortement, et notamment la pression maximale dans les chambres de combustion est d'autant plus élevée que l'allumage se produit plus tat, ce qui entrain alors une meilleure aptitude au cliquetis. - la conception de la chambre de combustion peut avoir une influence considérable sur le cliquetis (dessin, refroidissement, etc.. . On pourrait citer de nombreux autres paramètres, tels que l'in- fluence des dépits dans les chambres de combustion, qui ont une grosse influence sur l'exigence en octane du carburant, ou le taux de compression du moteur, qui augmente la vitesse de combus tison, mais en réduit de beaucoup le délai. De façon h étudier plus précisément certains de ces paramètres, certaines méthodes ont été mises au point. C'est le cas notamment de la "méthode des courbes frontières modifiée", décrite dans l'ouvrage "CARBURANTS ET COMBUSTIBLES POUR MOTEURS A COMBUSTION INTERNE" de J. WBISSMAyS (pages 340 - 343). Cette méthode permet en effet de comparer un carburant étudie à des mélanges primaires de référence dans des conditions telles que le cliquetis reste constant et naissant, tout au long d'une accélération à pleine admission d'un véhicule, l'intensité du cliquetis étant è chaque instant contrôlée par réglage continu de l'avance à l'allumage, par pivotement de l'allumeur.On relève à différentes vitesses constantes, exprimées en tours par minute, la valeur de l'avance à l'allumage &alpha; CN (en degrés vilebrequin ), à laquelle le cliquetis est naissant ; la courbe figurant l'intensité du cliquetis en fonction de l'angle d'avance à l'allumage, à vitesse constante, est en effet uae courbe qui présente l'allure suivante t le cli quetis est nul jusqu'à la valeurs &alpha;CN de l'angle d'avance,puis croit avec l'avance, lorequ' elle devient supérieure à . CN.Ensui- te, on trace la courbe angle d'avance d CN = fonction de la vitesse, qui sépare le plan en deux régions t l'une correspond à la présence, l'autre à l'absence de cliquetis, et la courbe caractérise ainsi le carburant étudié. Ces opérations ne sont pas aisées à mettre en oeuvre : elles nécessitent la présence de trois opérateurs pour accélérer, détecter le cliquetis à l'oreille pour régler l'avance, relever les valeurs mesurées et les enregistrer. De plus, opérant ainsi, en écoutant le cliquetis", la précision des mesures n'est pas idéale, elle dépend beaucoup des opérateurs. La présente invention a par conséquent pour but d'automatiser l'utilisation de la méthode des courbes frontières en traçant directement la courbe représentant l'avance à l'allumage. en fonction de la vitesse de rotation du moteur, à la limite du cliquetis. Par comparaison des courbes obtenues avec des carburants primaires (étalons) et le carburant testé, on détermine ainsi l'indice d'octane route de ce dernier carburant. Mais la Demanderesse a également remarqué que l'appareillage selon l'invention permet s 1 ) d'étudier, en régime stabilisé, le comportement d'un carburant en fonction du temps et de déterminer avec précision l'avance à la limite du cliquetis 4 R ) d'étudier, en régime transitoire, le comportement d'un moteur, pour un cliquetis naissant, soumis à une variation d'un paramètre quelconque tel qu'une augmentation de température, ou un refroidissement, mélange de carburants,etc... Outre la connaissance des carburants, l'appareillage selon l'invention permet donc d'étudier les moteurs et,notnmment,leur régime critique pour un carburant donné. Succinctement, le dispositif automatique de régulation de l'avance à l'allumage en fonction du cliquetis d'un moteur à explosions, comprenant un capteur de pression, ou une jauge de contraintes, ou un accéléromètre piézoélectrique ci-aprè désignés par le terme détecteurs sensibles alimentant un détecteur de cliquetis, en eux-mSmes connus, comprend ,s elon 1' invention,un générateur de cliquetis fictif alimenté par ledit détecteur et un moteur électrique alimenté par ledit générateur en signaux électriques et faisant tourner l'allumeur du moteur dans un sens ou dans l'autre, selon les signaux électriques qui lui sont appliqués (donc selon qutil y a cliquetis ou non).Ainsi, le moteur fait en permanence osciller l'allumeur de part et d'autre de la position pour laquelle le cliquetis est égal à un seuil aJustable . De préférence, mais non nécessairement, l'action de ces signaux électriques peut être continûment croissante, de manière à ne pas imposer au moteur des variations de couple trop importantes. En outre, la pente de variation de chacune de ces actions peut avantageusement être réglable, de façon à ajuster la vitesse de réponse du moteur aux signaux électriques, et par conséquent à augmenter la précision de la régulation. Le moteur électrique peut être par exemple un moteur à courant continu.Dans ce cas, les signaux électriques ci-dessus sont des tensions électriques, le signe de la tension appliquée au moteur dépendant de la présence ou de l'absence d'un cliquetis réel du moteur à explosions, et faisant donc pivoter l'allumeur dans un sens ou dans l'autre. Le moteur électrique peut également être un moteur déphasé, auquel cas la différence de phase sera l'agent déterminant la rotation dudit moteur. Succinctement encore, le dispositif selon l'invention comprend, pour le détecteur de cliquetis, un suppresseur automatique de bruit de fond, qui a pour rôle d'éliminer les tensions parasites fournies par l'accéléromètre en réponse à des vibrations du moteur autres que celles dues au cliquetis, et ce suppresseur automatique peut par exemple être du type discontinu (par échelons de vitesse),comme décrit en détail plus loin. L'invention, et les exécutions de l'invention, seront décrites en se référant aux figures suivantes, données à titre d'exemples non limitatifs : - La figure 1 est le schéma de principe du dispositif automatique selon l'invention. Dans cet exemple de réalisation, on utilise un moteur d'asservissement à courant continu 6 et un accéléromètre piézoélectrique 2, en eux-mêmes connus - La figure 2 est un graphe multiple des signaux en divers points de la figure 1. On se référera à la figure 1, qui est le schéma de principe d'un dispositif selon l'invention. Par exemple sur la culasse, ou sur le couvre-culbuteurs d'un moteur à explosions 1, est placé un accéléromètre piézo-dlectrique, 2, en lui même connu, qui détecte les vibrations du moteur et les convertit en tensions électriques. Ces tensions électriques sont transmises par la ligne 10 à un détecteur de cliquetis 3, en lui-même connu, qui permet une mesure directe et quantitative de la détonation, aussi bien en régime stabilisé qu'en régime d'accélération. Ce système de détection permet le passage des signaux seulement pendant l'intervalle de temps ot peuvent se présenter les vibrations de la culasse dues aux ondes de pression, de façon à éliminer les signaux déclenchés par le bruit du moteur. Ceci est réalisé grtce à une porte électronique, qui s'ouvre au point de pression maximum du cycle et se referme après un temps préétabli, correspondant par exemple à un angle de vilebrequin de l'ordre de 700,période pendant laquelle la détonation doit se produire.Celle-ci est en général marquée par un niveau élevé d'interférences, causées par des fréquences correspondant à des vibrations autres que celles correspondant à la détonation : en effet, l'accéléromètre ne fait pas la différence entre vibrations-cliquetis et vibrations différentes, qui seront par la suite appelées bruit de fond.La tension transmise au détecteur de cliquetis 3 par l'accéléromètre 2,le long de la ligne 10,représente donc la totalité des vibrations détectées, et il faut donc filtrer les vibrations correspondant au cliquetis en supprimant le bruit de fond : c'est ce que réalise le suppresseur 8,qui supprime automatiquement le bruit de fond, pour permettre la mesure du cliquetis en accélération ; il est nécessaire que ce suppresseur soit automatisé, car le bruit de fond augmente avec la vitesse. Un type de suppresseurde bruit de fond selon l'invention peut Entre utilisé à titre d'exemple et sera décrit par la suite. Le détecteur de cliquetis 3 délivre une tension continue négative 6 représentant l'intensité du cliquetis réel à un instant donné. Cette tension est appliquée aux bornes d'un système comparateur-intégrateur 4, dont la fonction est de générer une tension positive en l'absence de cliquetis réel (ce dernier devant être naissant), cette tension positive étant considérée comme un cliquetis fictif, et une tension négative,si l'intensité du cliquetis atteint ou dépasse un seuil ajustable considéré comme limite (cliquetis constant). De ce système comparateur-intégrateur 4, qui constitue le générateur de cliquetis fictif, sort donc une information positive ou négative, de préférence croissante en valeur absolue, qui est appliquée à l'organe de régulation 5.Une fraction réglable du signal de cliquetis réel, figurée par 13, la recopie de la position du moteur 6, figurée par 14, obtenue par le potentiomètre de recopie 17 et la dérivée de ce dernier signal, figurée par 15, obtenue dans l'organe de dérivation 16, et qui figure la vitesse angulaire du moteur 6, sont également injectées dans ltor- gane de régulation 5, le tout constituant un asservissement de position classique. Ainsi, le moteur d'asservissement 6 est en pompage permanent autour du seuil , et il assure, par son action sur l'allumeur 7, que le cliquetis reste constant et naissant. La valeur du seuil, , peut être réglée de façon quelconque pour étudier un cliquetis déterminé. Avec référence à la figure 2, qui est un graphe multiple, avec en abscisses l'avance à l'allumage oc : sur le graphe du haut, le cliquetis x est d'abord nul (segment AB), puis croissant (segment Ba) ; le détecteur répond, lorsque le cliquetis x atteint un seuil réglable f , en fournissant en Il une tension négative (graphe du milieu) t le générateur de cliquetfsfictif 4 (graphe du bas) fournit en 12 une tension positive en deçà du seuil réglable a et une tension négative au-delà de a ;; de préférence (ilèhes F), ces deux tensions sont continffiment croissantes (en valears absolues). En outre, l'invention prévoit des circuits annexes de sécurité figurés par 18, détectant les positions extrêmes du moteur et en coupant l'alimentation, de façon à éviter au moteur d'aller en butée mécanique. Les descriptions, qui ont été faites ci-dessus, des divers organes du dispositif selon l'invention suffisent pour que l'homme de l'art réalise ce dispositif en choisissant tel ou tel type connu de chacun de ces organes. En conséquence, on ne décrira ci-aprbs certains types de ces organes, qu'à titre d'exemples non limita- tifs. Le détecteur de cliquetis 3 reçoit les tensions électriques transmises par l'accéldromètre 2. il convient de sélectionner ces tensions, car il est rappelé que l'accéléromètre ne fait pas la différence entre les vibrations normales et les vibrations dues au cliquetis. Un appareil qui convient bien pour détecter le cliquetis est l'appareil commercialisé par la Société SIAI - PROGETTI, dont le principe est le suivant t les impulsions d'allumage (rupteur) sont mises en forme et commandent, d'une part, un tachymètre électronique,qui qui indique la vitesse de rotation du moteur, et, d'autre part, comme déjà énoncé, pendant un délai approprié, une porte électronique g ne laisse. passer les signaux de l'accéléromètre qu'aux instants où le cliquetis est susceptible de se manifester. Un filtrage limite la bande passante des fréquences au domaine 5 - to kE5 dans lequel la fréquence du cliquetis est compris pour la plupart des moteurs. Malgré cette correction, il reste encordes signaux parasites et il est donc indispensable de corriger l'intensité des signaux et,sur l'appareil du commerce, est prévue une commande manuelle d'un potentiomètre, qui permet, pour un régime constant du moteur, d'annuler le bruit de fond par injection d'une tension continue dont l'importance varie en fonction du bruit de fond ; mais cette commande manuelle, qui convient parfaitement bien pour ltétude à un régime constant, est totalement inefficace lorsqu'on se trouve en régime non stabilisé, car le bruit de fond augmente avec la vitesse. L'invention prévoit donc un système automatique de suppression du bruit de fond dans ce cas : c'est le but du suppresseur automatique de bruit de fond 8 (figure 1). L'invention propose un type de suppresseur automatique,qui peut se brancher en lieu et place du potentiomètre d'origine à commande manuelle. Cet exemple de suppresseur n'est pas limitatif : le suppresseur utilise un système de comparateurs de vitesse, le réglage se faisant au moyen de quatre potentiomètres sur une plage de vitessedel O0Otours/minute : le premier potentiomètre est en service de O à 3 000 tours/minute, le deuxième de 3 000 à 4 000 tours/minute, le troisième de 4 000 à 5 000 tours/minute, enfin le quatrième de 5 000 à 6 000 tours/minutes. Bien entendu, on peut multiplier le nombre de potentiomètres selon la variation du bruit de fond du moteur en fonction de la vitesse de rotation. Le tracé de la courbe frontière modifié, automatisé, est opéré comme suit : une première information concernant la vitesse de ro station du moteur å explosionsvient par exemple du détecteur de cliquetis 3, puis est portéeen abscisse dans une table d'enregistrement X - Y connue en elle-eme g l'information concernant l'avance à l'allumage C( CM vient, par exemple, du circuit de recopie de la position du moteur 6, ou de toute autre mesure directe de l'avance et est portée en ordonnée Y de la table X - Y. On obtient ainsi directement la courbe frontière modifiée recherchée. REVENDICATIONS 1. Dispositif automatique de régulation de l'avance à l'allumage en fonction du cliquetis d'un moteur à explosions 1, comprenant un détecteur sensible 2 fixé sur le moteur 1, alimentant un détecteur de cliquetis réel 3 en eux-mêmee connus, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur de cliquetis fictif -4 alimenté par ledit détecteur 3 et fournissant des signaux électriques opposés selon- qu'il y a cliquetis réel ou non, et un moteur 6 alimenté par ledit générateur 4 et faisant tourner l'allumeur 7 du moteur à explosions 1. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur sensible est choisi dans le groupe constitué par un accéléromètre piezo-électrique, une jauge de contraintes, un capteur de pression. 3.~Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le générateur de cliquetis fictif 4 fournit des tensions électriques à un moteur 6 à courant continu. 4.-Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacune des tensions opposées fournies par le générateur de cliquetis fictif au moteur à courant continu est, en valeur absolue, contintment croisant. 5. Dispositif selon l'une des revendications i, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend un suppresseur automatique de bruit de fond alimentant ledit détecteur de cliquetis. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs, par exemple quatre, comparateurs de vitesse, dont chacun met en service un potentiomètre de suppression de bruit de fond pendant un échelon de vitesses du moteur à explosions. 7.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en outre en ce que le signal électrique de commande du moteur 6 provient d'un organe de régulation 5, dans lequel sont injectés 2 a) les signaux électriques provenant du générateur de cliquetis fictif 4 ; b) au moins une partie du signal électrique correspondant au cliquetis réel provenant du détecteur de cliquetis 3 c) le signal électrique repérant la position dudit moteur et provenant d'un potentiomètre de recopie 17 d) le signal dérivé du précédent signal électrique.