Brevet FR2451460A1 — publié le 19801010

L'invention se rapporte à un indicateur de-rendement d'un moteur à combustion interne à vitesse de rotation asservie, notamment pour tracteurs et machines agricoles autotractées. Sur la grande majorité des véhicules, la vitesse de prores- sion est déterminée par la vitesse de rotation du moteur, et par le rapport de transmission choisi sur la boite de vitesses. A la différence des véhicules routiers pour lesquels la vitesse de progression est réglée en fonction des conditions de circulation, et l'admission commandée directement par l'accélérateur, les tracteurs, machines agricoles autotractées, et engins analogues, par exemple engins de travaux publics, doivent travailler à vitesse de progression sensiblement constante, choisie en fonction du travail à faire.Aussi très généralement la commande d'accélé- ration agit pour régler un point de consigne d'un régulateur de vitesse, qui commande à son tour l'admission de carburant au moteur de façon que, malgré les irrégularités d'effort de progression, la vitesse de rotation soit sensiblement conservée. Mais le conducteur perçoit moins bien la puissance demandée au moteur que lorsqu'il commande directement l'admission, les variations de puissance se traduisant seulement par un changement de sonorité de l'échappement ; ce changement de sonorité est d'ailleurs moins accusé pour les moteurs à combustion interne ou moteurs diesels qui absorbent sensiblement la même quantité d'air par tour moteur à tous les régimes, que pour les moteurs à explosion où cette quantité d'air varie.De plus les tracteurs, et véhicules à des tination analogue, possèdent en général une gamme de rapports de bote plus grande que les véhicules routiers, de sorte que, à une vitesse de progression choisie correspondent plusieurs combinaisons de vitesse de rotation du moteur et de rapport de boîte pour lesquelles le rendement du moteur sera différent, et fonction de l'effort de progression. Meme un conducteur très entrainé n'est pas certain de choisir la combinaison la plus économique en carburant. Le brevet français NO 2.075.476 décrit un indicateur de consommation spécifique en carburant de moteurs à combustion interne ou à explosion dans lequel, à un débitmètre indicateur qui détermine le débit de carburant est associé un indicateur auxiliaire qui se déplace en fonction de la vitesse de rotation du moteur, ou de la vitesse de progression du véhicule, ce déplacement étant transversal à la direction de déplacement de l'organe indicateur du débitmètre. L'effet des deux indications croisées permet de connaitre la consommation rapportée au tour moteur ou à la distance unitaire parcourue. Cette disposition est sans doute intéressante pour des véhicules routiers, dont la destination est le transport de personnes ou de marchandises sur une distance déterminée, en principe au moindre coût, encore qu'aucune indication ne soit donnée sur les manoeuvres qui permettent d'approcher ce moindre coût, manoeuvres qui sont laissées à l'estimation du conducteur. Cette disposition devient pratiquement sans intérêt pour des engins dont la vitesse de progression doit être sensiblement constante, de sorte que les consommations prises par rapport à la distance ou par rapport au temps sont équivalentes en enseignement. L'invention a pour objet un indicateur de rendement de moteur à combustion interne pour un tracteur agricole ou engin à destination analogue, qui renseigne le conducteur sur le sens dans lequel il convient de modifier les rapports de boite de vitesses pour obtenir le rendement optimal du moteur pour une vitesse de progression de l'engin choisie et des conditions de travail déterminées. L'invention repose sur la constatation que, pour un moteur à combustion interne au sens restrictif courant, dont la puissance est commandée par la quantité de combustible injecté dans chaque cylindre par cycle moteur, tandis que la quantité d'air admise est sensiblement constante, le rendement pour une puissance utile donnée ne dépend pratiquement que de deux variables, par exemple la vitesse de rotation du moteur et la quantité unitaire de combustible injecté dans chaque cylindre. En effet la vitesse de rotation du moteur s'établit en fonction d'une variable d'entrée unique, la quantité de combustible injectée, et d'une variable de sortie unique, le couple résistant sur l'arbre du moteur.Par ailleurs on a vérifié qu'un moteur usagé, à condition bien entendu que le réglage d'injection soit convenable pour assurer un fonctionnement satisfaisant, se comportait de façon comparable à celle d'un moteur neuf, en ce sens que le rendement du moteur usagé est modifié d'un facteur sensiblement constant, pour toute la gamme de régimes utilisable, par rapport à un moteur neuf. A partir de cette constatation l'invention propose un indicateur de rendement d'un moteur à combustion interne à vitesse de rotation asservie, notamment pour tracteurs et machines agricoles autotractées, le moteur étant équipé d'un premier moyen de mesure de vitesse de rotation et d'un second moyen de mesure de consommation de carburant, indicateur comportant un moyen d1aff i- chage de point de régime à deux coordonnées, une première coordonnée commandée par le moyen de mesure de vitesse et la seconde commandée par le moyen de mesure de consommation, caractérisé en ce que le moyen d'affichage comprend un canevas sur lequel se déplace le point de régime et comportant une pluralité de zones distinctes séparées par des lignes d'égal rendement déterminées au banc d'essai. Comme il a été expliqué précédemment, pour les moteurs à combustion interne au sens précis où il est entendu ici, à tout point de régime défini par une vitesse de rotation du moteur et une consommation spécifique peut être associée une valeur de rendement prédéterminée au banc d'essai, de sorte que le canevas est univoque. De plus, la position du point de régime dans une zone délimitée par deux lignes d'égal rendement permet la perception immédiate d'une valeur approchée du rendement, et l1appré- ciation facile de la manoeuvre à effectuer pour déplacer le point de régime, transversalement aux lignes d'égal rendement vers une zone de rendement supérieur. Le moyen de mesure de consommation peut être un débitmètre disposé sur une tubulure d'alimentation du moteur, la consommation étant prise par unité de temps, ou par un capteur de position d'un organe de réglage de volume de carburant injecté par cycle moteur. Il est clair que, suivant que le second moyen de mesure détermine la consommation par unité de temps ou par cycle, les canevas se déduisent l'un de l'autre par anamorphose de la seconde coordonnée dans le rapport direct ou inverse de la première coordonnée, vitesse de rotation. On peut encore utiliser comme second moyen de mesure déterminant la consommation, une sonde thermique soumise aux gaz d'échappement En effet la température des gaz d'échappement est représentative de l'énergie thermique emportée par ces gaz, celle-ci constituant la majeure partie de l'énergie cédée à la source froide au sens de la technique des machines thermiques. Comme le rendement thermique des moteurs à combustion interne, si bon soit-il, ne dépasse guère 4CP/os l'énergie thermique emportée par les gaz d'échappement représente toujours une part importante de l'énergie apportée par le combustible. Par ailleurs si le rendement est déterminé lorsque la vitesse de rotation et la consommation sont fixées, l'énergie cédée à la source froide est déterminée également et se partage dans un rapport sensiblement donné en énergie cédée au circuit de refroidissement du moteur et énergie emportée par les gaz d'échappement, de sorte que pour toute vitesse de rotation consommation et température des gaz d'échappement sont en relation pratiquement biunivoque. I1 est donc possible d'établir un canevas significatif avec deux coordonnées, vitesse de rotation et température des gaz d'échappement. Une forme simple de réalisation d'un moyen d'affichage comporte deux aiguilles mobiles commandées respectivement par les premier et second moyens de mesure et pivotant aux extrémités d'une base du canevas en sorte de se croiser pour définir le point de régime. Dans une forme préférée de réalisation le moyen d'affichage est constitué par une matrice avec des sources lumineuses au croisement de lignes et de colonnes et des moyens de sélection de lignes et de colonnes sensibles respectivement à des signaux de sortie issus des premier et second moyens de mesure, en sorte que soit activée la source lumineuse à l'intersection de la ligne et de la colonne sélectionnée. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente schématiquement un dispositif selon l'invention la figure 2 représente un moyen d'affichage à aiguilles croisées la figure 3 représente une variante de dispositif selon l'invention la figure 4 représente un moyen d'affichage à matrice à sources lumineuses la figure 5 représente schématiquement la disposition d'une source lumineuse de la matrice de la figure 4 la figure 6 est un schéma de moyen de sélection associé à la matrice de la figure 4 la figure 7 représente une variante de second moyen de mesure. Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 1, un moteur à combustion interne 1 dans son ensemble, destiné à un tracteur agricole comporte, de façon classique, une boîte de vitesses 2, capable de transmettre la rotation du vilebrequin du moteur à llessieu moteur avec divers rapports de transmission. Une pompe d'injection 3, entraînée par le moteur, injecte dans chacun des cylindres, à l'instant convenable du cycle moteur, une quantité de carburant, arrivant par la tubulure 3', dosée suivant la position de l'organe de réglage 3a. Cette position est asservie par le régulateur 4, sensible à la vitesse de rotation du moteur, en sorte que, suivant la vitesse assignée par la commande d'accélération 4', la quantité de carburant injectée dans les cylindres soit ajustée pour amener la vitesse de rotation du moteur à la valeur assignée, indépendamment de la puissance requise. La position de l'organe de réglage 3a estreprésentative de la quantité de carburant injectée, ou consommation par cycle moteur. Le moteur comprend, au niveau de l'arbre primaire de la boîte 2, une prise 6 pour un indicateur de vitesse de rotation. Cette prise 6 attaque, par l'intermédiaire d'un flexible 11', un appareil de mesure de vitesse de rotation 11 (ou compte-tours). Par ailleurs, à l'organe de réglage 3a de la pompe d'injection 3 est couplé un capteur de position 5. Un afficheur en coordonnées rectangulaires 10 dans son ensemble comporte schématiquement deux commandes de coordonnées, commande d'abscisse 12, commande dlordonnée 13, déplaçant respectivement des chariots 14 et 15 avec des alidades définissant un point de croisement 16. La commande d t abscisse 12 est attaquée par l'appareil de mesure de vitesse 11 et la commande d'ordonnée 13 est attaquée par le capteur de position 5, couplé à l'organe de réglage fa de la pompe d'injection. On aura compris que l'appareil de mesure de vitesse 11 et le capteur 5 émettent des signaux compatibles avec les commandes de coordonnées 12 et 13, par exemple des signaux électriques analogiques de sorte que les chariots 14 et 15 se déplacent en fonction de la vitesse de rotation du moteur et de la quantité de carburant injecté par cycle. Sur la platine de l'afficheur rectangulaire 10 est travé un canevas 17, résultant d'essais au banc d'un moteur type et représentant l'ensemble des régimes de fonctionnement du moteur définis par une abscisse en vitesse de rotation et une ordonnée en consommation par cycle. Le canevas 17 est limité par la ligne 18 en traits interrompus qui cerne la gamme des régimes utilisables, et est divisé en zones 20 à 28 séparées par des lignes d'égal rendement (donné en grammes de carburant par kilowatt/heure). Le renaement est décroissant de la zone 20 à la zone 28, ce qui est exprimé qualitativement ici par des hachures dont l'espacement croît avec le rendement. Dans la pratique les zones sont colorées avec des teintes évoluant par exemple du vert au rouge en correspondance avec la décroissance du rendement. On aura compris que, lorsque le tracteur est en travail sur le terrain, avec un rapport de transmission choisi et une vitesse de progression déterminée, en fonction du travail à effectuer, par la combinaison de la vitesse de rotation du moteur et du rapport de transmission, le conducteur du tracteur peut connaître, en regardant l'afficheur 10, quel est le point de régime, indiqué par le point de croisement 16, où fonctionne son moteur, et donc estimer le rendement. I1 perçoit de plus dans quel sens faire varier le rapport de transmission et corrélativement la vitesse de rotation du moteur pour améliorer le point de régime, c'est-àdire effectuer le même travail réel avec un rendement supérieur. Les courbes d'égale puissance, que l'on perçoit intuitivement, et qui peuvent d'ailleurs être indiquées sur le canevas, sont grossièrement orientées dans une direction parallèle à la diagonale haut-gauche, bas-droite du canevas, avec une concavité vers le coin haut-droite. Le point de régime 16 représenté pourrait autre amélioré, de façon à passer de la zone 24 à la zone 21 en allongeant le rapport de transmission et en réduisant la vitesse de rotation du moteur. Bien entendu le bord inférieur de la platine de l'afficheur est gradué en vitesse de rotation, cette graduation n'étant pas représentée ici. On indiquera toutefois que la partie gauche du canevas correspond à peu près à une vitesse de rotation moitié de la vitesse de rotation maximale, située approximativement à la partie droite du canevas. I1 est par ailleurs évident qu'avec un peu d'entraînement, le conducteur du tracteur en arrivera à choisir une vitesse de progression, une vitesse de rotation et un rapport de façon à exécuter le travail dans les meilleures conditions. L'afficheur représenté figure 2, que l'on peut substituer à l'afficheur 10 de la figure 1, est un dispositif simple à aiguilles croisées. Deux indicateurs 30 et 31, respectivement de vitesse de rotation et de consommation, comportent des équipages mobi les pivotant avec des aiguilles indicatrices respectives 32 et 33, qui se croisent au point de régime 34.Les axes de pivotement des indicateurs 30 et 31 définissent entre eux une base pour le canevas 35, base constituant ltorigine de déplacement angulaire des aiguilles 32 et 33. Le canevas 35, avec ses zones 36 à 41, se déduit du canevas 17 de la figure 1 parue transformation ou anamorphose telle que le point de croisement 34 défini par les déviations angulaires des aiguilles 32 et 33, soit homologue du point de croisement 16 de la figure 1 défini par les déplacements linéaires des chariots 14 et 15. L'indicateur de rendement représenté figure 3 est une variante de l'indicateur de la figure 1 dont il reprend les dispositions d'afficheur 10 et de commande d'abscisse 12, 14 par l'appareil de mesure de vitesse de rotation 11. Mais la consommation en carburant est déterminée par un débitmètre 41 disposé sur la canalisation d'arrivée de carburant 3' en amont immédiat de la pompe d'injection 3. Le débitmètre 41 est schématisé ici sous forme d'un venturi 42 avec un mesureur de pression différentielle 43 pour que le schéma soit plus parlant, mais il est clair qu'en fait le débitmètre 41 sera constitué par un dispositif classique adapté à mesurer des débits de quelques litres heures. La sortie du débitmètre 41 attaque la commande 13 d'ordonnée. Le canevas 50 sur la platine d'afficheur 10 comporte, comme le canevas 17 de la figure 1,des zones 51 à 62 séparées par des lignes d'égal rendement. Mais les ordonnées de point du canevas 50 sont reliées à celles du canevas 17 de la figure 1 par un facteur proportionnel à la vitesse de rotation en sorte d'être dilatées vers la droite du canevas. Cette anamorphose conduit à des courbes d'égale puissance grossièrement horizontales, ce qui rend plus aisée l'estimation des manoeuvres à exécuter pour travailler avec un meilleur rendement.Par grossièrement horizontales, il faut entendre que les courbes d'égale puissance seraient horizontales si le rendement était constant, par conséquent stinflé- chissent quelque peu vers le bas à, mesure que le point de régime passe dans des zones de rendement réduit (de 51 à 62), mais que dans l'ensemble l'approximation de l'horizontalité des courbes d'égale puissance ne conduit pas à une erreur de manoeuvre grossière. On aura compris que les appareils de mesure de vitesse de rotation 11 et de débit 41 peuvent se coupler à un afficheur à aiguilles croisées analogue à celui représenté figure 2, avec une anamorphose convenable du canevas 50. Les afficheurs 10 des figures 1 et 3 peuvent être également remplacés par des afficheurs représentés figure 4. Cet afficheur 70 dans son ensemble est constitué d'une matrice rectangulaire de sources lumineuses telles que 73, avec un sélecteur de colonnes 71 et un sélecteur de lignes 72. Les sélecteurs 71 et 72 sont attaqués respectivement sur leurs entrées 71a et 72a par des signaux issus d'appareils de mesure de vitesse de rotation et de consommation, de sorte qu'une sortie de colonne 71' et une sortie de ligne 72' soient excitées en réponse à des signaux d'amplitude correspondant au rang de la colonne et de la ligne représentant des abscisses et ordonnées du point de régime. La source lumineuse 73, à l'intersection de la colonne 71' et de la ligne 72' est excitée et figure le point de régime sur le canevas 80.Ce canevas 80 est ici homologue du canevas 17 de la figure 1, et comporte des zones 81 à 89, séparées par des lignes d'égal rendement, mais pourrait tout aussi bien Cette homologue du canevas 50 de la figure 3 si la consommation était mesurée par rapport au temps, et non par rapport au cycle moteur. Les sources lumineuses de la matrice 70 peuvent être constituées comme il est représenté figure 5. Une diode électroluminescente disposée derrière un trou 73 de la plaque matrice 70 est soumise à la tension 95 par déblocage du transistor 94. Ce transistor 94 est commandé sur sa base par la sortie d'une porte logique "ET" 93, dont les deux entrées sont connectées respectivement à un conducteur de ligne 92 et un conducteur de colonne 91. On a compris que l'excitation simultanée du conducteur de colonne 91 et du conducteur de ligne 92 est nécessaire et suffisante pour que l'apparition d'un "1" logique en sortie de porte 93 provoque l'illumination de la diode 96 visible à travers le trou 73. Les sélecteurs de ligne et de colonne 71 et 72 de la figure 4 peuvent être constitués comme représenté figure 6. La tension d'entrée, fonction de la vitesse de rotation (sélecteur de colonne) ou de la consommation (sélecteur de ligne) est appliquée par le conducteur 100 à une première entrée (directe) d'une série de comparateurs 111, 112, 113, 114, 115, ... dont la seconde entrée (inverseuse) est reliée à un point d'une échelle de résistances 101, 102, 103, 104, 105, 106, ... connectée entre masse et ten sion positive 110. Les comparateurs 111, 112, 113, 114, 115,... possèdent une sortie directe et une sortie inverseuse, la sortie directe excitée lorsque la tension sur l'entrée directe est supérieure à celle appliquée à l'entrée inverseuse, la sortie inverseuse excitée dans le cas contraire. Des portes logiques "ET" 121, 122, 123, 124, ... sont couplées chacune à une sortie directe d'un comparateur respectif 111, 112, 113, 114, ... et à la sortie inverseuse du comparateur immédiatement suivant dans l'or- dre, respectivement 112, 113, 114, 115, ... Les sorties des portes 121, 122, 123, 124 sont reliées à un conducteur de ligne ou de colonne de rang correspondant. On comprendra que, pour une tension déterminée sur le conducteur 100, tous les comparateurs branchés sur un point de l'échelle 101-106 dont la tension est inférieure à la tension appliquée au conducteur 100 ont leur sortie directe excitée, tandis que les autres comparateurs, branchés sur un point de l'échelle 101-106 à tension supérieure à celle qui est appliquée au conducteur 100, ont leur sortie inverseuse excitée. I1 em ré sulte que seule la porte de la série 121-124 ... couplée entre la sortie directe du dernier comparateur de la première catégorie et la sortie inverseuse du premier comparateur de la seconde catégorie-, aura sa sortie excitée. Par ailleurs le choix des valeurs des résistances 101, 102, 103, 104, 105, 106 permettra, de façon évidente pour l'homme du métier, toutes les combinaisons de déplacement d'origine et de transformation d'échelles de coordonnées qui permettent une présentation efficace du canevas, qui peut occuper la quasi totalité de la face d'affichage. La présentation de la figure 4 est prévue pour afficher des vitesses de rotation comprises entre 50 et 105% de la vitesse de rotation maximale nominale, et des consommations par cycle moteur comprises entre 30 et 100% du maximum nominal. En se référant à la figure 7, le moteur à combustion interne 1 est équipé d'une sonde thermique 9 disposée sur le collecteur d'échappement 8 en sortie des pipes d'échappement 7. La sonde thermique est par exemple un thermocouple avec un amplificateur convenable (non représenté). On a déjà expliqué que la température des gaz d'échappement est en relation biunivoque avec la consommation par cycle moteur pour toute vitesse de rotation, dans le cas de moteurs à combustion interne. Bien entendu le canevas ayant pour abscisse la vitesse de rotation du moteur et pour ordonnée la température des gaz d'échappement doit être déterminé au banc d'essai, notamment pour prendre en compte la partie d'énergie cédée à la source froide qui est évacuée par le circuit de refroidissement du moteur. On notera toutefois que la température des gaz d'échappement croit plus vite que la consommation de carburant quand le rendement décroit, de sorte que l'anamorphose résultante du canevas dilate les zones de mauvais rendement, et facilite de façon corrélative l'estimation des manoeuvres à exécuter. L'indicateur thermique de consommation peut évidemment se coupler avec tous les types d'afficheurs à deux coordonnées, afficheurs rectangulaires analogiques ou à matrice logique et afficheurs à aiguilles croisées. I1 est donc clair que l'invention n'est pas limitée aux exemple de réalisation décrits, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution. REVENDICATIONS 1. Indicateur de rendement d'un moteur à combustion interne à vitesse de rotation asservie, notamment pour tracteurs et machines agricoles autotractées, le moteur étant équipé d'un premier moyen de mesure de vitesse de rotation et d'un second moyen de mesure de consommation de carburant, indicateur comportant un moyen d'affichage de point de régime à deux coordonnées, une première coordonnée commandée par le moyen de mesure de vitesse et la seconde commandée par le moyen de mesure de consommation, caractérisé en ce que le moyen d'affichage comprend un canevas sur lequel se déplace le point de régime et comportant une pluralité de zones distinctes séparées par des lignes d'égal rendement déterminées au banc d'essai. 2. Indicateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second moyen de mesure est un débitmètre disposé sur une tubulure d t alimentation en carburant du moteur. 3, Indicateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second moyen de mesure est constitué par un capteur de position d'un organe de réglage de volume de carburant injecté par cycle moteur. 4. Indicateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second moyen de mesure comporte une sonde thermique soumise aux gaz d'échappement du moteur; 5. Indicateur selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen d'affichage comporte deux aiguilles mobiles commandées respectivement par les premier et second moyens de mesure, pivotant aux extrémités d'une base du canevas en sorte de se croiser pour définir le point de régime. 6. Indicateur selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen d'affichage est constitué par une matrice avec des sources lumineuses au croisement de lignes et de colonnes de la matrice, et des moyens de sélection de lignes et de colonnes sensibles respectivement à des signaux de sortie issus des premier et second moyens de mesure,en sorte que soit activée la source lumineuse à l'intersection de la ligne et de la colonne sélectionnées.