Brevet FR2466635A1 — publié le 19810410

Il est connu de commander et de réguler l'instant d'allumage dans des moteurs à combustion interne avec allumage séparé en fonction de différents paramètres de fonction- nement0 Il est par exemple connu de modifier seulement l'instant d'allumage en fonction de la composition des gaz d'échappement (DE-OS 27 400 44). Il est en outre connu de réguler l'instant d'allumage en fonction de lintensité d'une combustion donnnant lieu à cognement, de façon qu'une combustion dure encore acceptable soit maintenue (DE-OS 28 01 512). Il est en outre connu de mettre en oeuvre des sondes de courant ionique pour détecter les processus de combustion dans les chambres de combustion des moteurs à combus- tion interne. Dans le cas d'une telle forme de mise en oeuvre (DE-OS 24 43 413) la vitesse de développement du front de flamme après l'allumage du mélange dans la chambre de combustion d'un moteûr à comubstion interne est mesurée à des cadencés succes- sives à l'aide d'une sonde de courant ionique. Les fluctuations de ces vitesses de développement ou bien de ces temps de par- cours donnent une indication sur l'approche de la limite de fonctionnement du moteur à combustion interne. Les fluctuations relatives s'accroissent lorsque le coefficient d'air % croit. L'invention a pour but de perfectionner les procédés de régulation de l'instant d'allumage et concerne à cet effet un procédé pour la régulation de l'instant d'allu- mage, procédé caractérisé en ce que, à l'aide d'une sonde de courant ionique disposée à une distance déterminée de i'empla- cement d'allumage dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne à allumage séparé ou bien à auto-allumage, on détecte en tant que valeur réelle la fin de la phase dtin- flammation du mélange et on là compare avec une valeur de consigne se référant à la position angulaire du vilebrequin, et on corrige l'instant d'allumage de façon correspondante à l'écart entre la valeur réelle et ïa valeur de consigne. Le procédé ccnforme à l'invention défini ci-dessus présente par rapport aux solutions connues l'avantage qu'indépendamment de la propension à l'inflammation du mélange, la fin de l'inflammation peut être maintenue dans une relation déterminée par rapport au point mort haut. Dans les cas extrêmes il est possible d'opérer l'inflammation non pas avec une étincelle d'allumage mais avec un allumage par incandescence et 2.- de permettre ainsi un fonctionnement avec un mélange carburant- air fortement amaigri en se rapprochant davantage de la limite maigre de fonctionnement. En outre une approche de cette limite de fonctionnement est rendue possible car il est tenu compte par le procédé précité de la phase d'inflammation se déroulant de façon accélérée qui est observée lors de l'intervention du cognement0 Dans ce cas la position angulaire d'allumage est automatiquement retardée. On supprime en outre la dépense en ce qui concerne un réglage commandé de la position angulaire d'allumage avec les inconvénients qu'il comporte du fait des imprécisions résultant des tolérances de fabrication et du fa.-t de l'usure pour un fonctionnement prolongé. Il en est de méme de façon correspondante pour le réglage du début d'injection dans le cas des moteurs à combustion interne à auto-allumage. D'autres caractéristique de ltirivenition permettent d'envisager d'autres formes avantageuses et des améliorations du procédé défini ci-dessus ainsi qua de sa mise en oeuvre, L'invention va être expliquée plus en détail en se référant à deux exemples de réalisation représentés sur les dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique par blocs d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue en élévation d'une bougie d'allumage et d'une sonde de courant ionique combinées pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - la figure 3 est une vue de dessus des bougies d'allumage selon l'exemple de réalisation de la figure 2, - la figure 4 est un exemple de réalisa- tion d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention prévoyant l'utilisation d'une chambre principale de combustion d'un moteur à combustion interne équipée d'une chambre de pré-combustion. Le déroulement de la combustion, par exemple dans le cas d'un moteur à combustion interne à allumage séparé, peut selon de nouvelles notions être articulé en deux phases>à savoir une phase d'inflammation et une phase de conver- sion principalecbs parties constitutives combustibles du mélange carburant-air présent dans les chambres de combustion du moteur 3.- à combustion interne. Tandis que la phase d'inflammation est presque exclusivement déterminée par la vitesse laminaire des flammes dans le mélange, constitué de carburant, d'airs et du gaz résiduel9 qui est présent au voisinage de la bougie d'al- lumage, et dépend en conséquence par exemple de la température, de la pression, de l'état du carburant (état de vaporisation et de pré-réaction) , la conversion de la charge principale résiduaire est régie avant tout par déplacement de cette charge c'est-à-dire par la turbulence qui s'y manifeste. Les influences retardatrices et accélératrices modifiant la durée de combustion de l'ensemble de la charge se situent essentiellement dans la première phase, la phase d'inflammation. Cette phase d'inflam- mation est à peu près fërminée lorsque les premiers deux pour. cent de la charge totale ont été enflammés. La durée de la conversion restante n'est plus soumise à des fluctuations notables. Avec le procédé selon ltinvention, la fin de la phase d'inflammation est détectée à l'aide d'une sonde de courant ionique et elle est réglée grâce à la régulation sur une position angulaire d'allumage>favorable pour la consommation9écalé& d'environ 100 de position angulaire de vilebrequin avant le point mort haut. De la même façon dans le cas de moteurs à combustion interne à auto-allumage on règle l'instant d'injection qui doit être considéré dans ce cas comme un instant d'allumage analogue à l'instant d'allumage dans le cas d'un allumage séparé. Dans le cas de l'exemple de réalisation selon la figure 1, la chambre de combustion 1 d'un moteur à combustion interne est représentée schématiquement avec une bougie d'allumage 2, cette bougie étant représentée à plus grande échelle sur la figure 2. La bougie d'allumage est combinée avec une sonde de courant ionique reliée par l'intér- médiaire d'un conducteur 3 avec un étage de mise en forme d'impulsions 4. Le signal intervenant à la sortie de l'étage de mise en forme d'impulsions 4 est appliqué à un dispositif de comparaison 6 dont l'autre entrée est reliée à un second étage de mise en forme d'impulsions 7. L'entrée de ce second étage de mise en forme d'impulsions 7 est reliée à un émetteur inductif 9 qui délivre à l'étage de mise en forme dtimpulsions 7 un signal correspondant au repère angulaire 10 sur l'arbre de vilebrequin. Le repère de signalisation 10 sur l'arbre de 4o=- vilebrequin 11, repère qui peut également être constitué par une pièce entraînée en rotation synchrone avec l'arbre du vilebrequin, est disposé de façon telle qu'il indique l'instant d'allumage optimal en avant du point mort haut pour le cylindre correspondant représenté ici sur le dessin du moteur à combustion interne, La sortie du dispositif de comparaison 6 est reliée à un intégrateur 12, dont le signal de sortie est à son tour susceptible d'actionner un dispositif de réglage 14 de l'instant d'allumage. La partie de 'la bougie d'allumage 2 représentée sur la figure 2 montre la partie 17 servant à visser la bougie d'allumage. Cette partie 17 entoure le corps isolant 19 de la bougie d'allumage dans lequel est enrobée une électrode médiane 18 servant à l'allumage ainsi quelcontre le bord externe du corps isolant.les électrodes 20 et 21 de deux sondes de courant ionique, Il est en outre prévu une électrode de masse en forme de crochet 22 comme p8le antagoniste pour l'électrode médiane 18. Ltinstallation fonctionne de la façon suivante: Après qu'une étincelle d'allumage ait été obtenue entre les électrodes 18 et 22 il se produit une inflam- mation plus ou moins rapide du mélange, entourant les électrodes d'allumage. Cette inflammation se développe à partir de l'étin- celle d'allumage en direction des deux sondes de courant ionique ou 21. De façon connue il y-a-dans le mélange enflammé une forte ionisation des parties constitutives de ce mélange, si bien que dès que le front de fbmme a atteint la sonde de courant ionique 20 ou 21, un courant ionique fortement croissant est- mesuré sur cette sonde. Ce courant provoque dans l'étage de mise en forme d'impulsions la production d'un signal en forme d'impulsion qui est appliqué au dispositif de comparaison-6. Dans le second étage de mise en forme d'impulsions 7 est égale- ment obtenu un signal rectangulaire correspondant au passage du repère de signalisation 10 devant l'émetteur inductif 9. Le signal de sortie de ce second étage de mise en forme d'impulsions 7 est alors comparé dans le dispositif de comparaison 6 avec le signal de sortie de l'étage de mise en forme d'impulsions en 4. ce qui concerne la coïncidence des positions de phases. S'il ,. existe un écart entre les positions de phasestun signal de sortie est engendrée qui provoque le fonctionnement de l'intégra- teur 12 soit dans le sens positif soit dans le sens négatif si bien que le signal de sortie de cet intégrateur règle le dispo- sitif de réglage de l'instant d'allumage 14 dans le sens positif ou négatif selon le type de l'écart constaté entre la valeur réelle détectée à l'aide de la sonde de courant ionique 20 ou 21 et la valeur de consigne donnée par le repère de signalisation On parvient de cette façon à régler l'instant d'allumage de sorte que la fin de la phase d'inflammation se situe à une distance angulaire optimale du point mort haut. Cette position peut être réglée de façon optimale en considération de la consommation et par exemple à une distance de sécurité d'une combustion avec cognement. La position angulaire par rapport au point mort haut du repère de signalisation 10 doit être réglée de façon correspondante. Dans l'exemple décrit l'émetteur de valeur de consigne pour la position de la fin de l'inflammation est constitué pour l'essentiel de l'émetteur inductif 9 et du repère de signalisation 10. Dans une autre forme de l'invention il peut toutefois être prévu>comme cela est indiqué en tirets sur la figure 1, entre le second étage de mise en forme d'impul- sions 7 et le dispositif de comparaison 6, un dispositif retar- dateur de signal 24. Grâce à cette disposition on peut de façon connue retarder la transmission vers le dispositif de comparai- son du signal pulsé en provenance de l'étage de mise en forme d'impulsions 7, en fonction de la valeur des grandeurs de commande introduites dans le. dispositif retardateur de signal 24. Ces grandeurs de commande sont avantageusement dépendantes de la vitesse de rotation instantanée du moteur à combustion interne. Il peut en outre être tenu compte de la température du moteur a combustion interne ou bien de la température du mélange carburant air aspiré. Le réglage peut également s'effectuer en fonction de la dépresion régnant dans la tubulure d'aspiration. On a ainsi la possibilité de tenir compte de différents paramètres agissant sur le déroulement de la combustion. D)ans ce cas le repère de signalisation 10 est naturellement déplacé vers l'avant pour pouvoir réaliser en pratique une action ratardatrice minimale effective de la transmission du signal. Lors du démarrage du moteur à combustion interne l'allumage s'effectue 2466635. avec la position angulaire d'allumage délivrée par l'émetteur inductif- En principe il est suffisant d'utiliser une sonde de courant ionique unique qui peut être également mise en oeuvre par l'intermédiaire d'un perçage distinct dans la paroi de la chambre de combustion. Pour détecter de faibles quantités d'alimentation il est avantageux de combiner la sonde de courant ionique avec la bougie d'allumage0 Dans l'exemple de réalisation représenté il est prévu au lieu d'une sonde unique deux sondes de courant ionique, grâce à quoi des modifications systematiques du déroulement de l'inflammation, en conséquence de déplacementsmodifiésde l'alimentation pour des états de fonctionnement différents du moteur à combustion interne.peuvent être compensées0 Comme instant d'arrivée du front de flamme sur la sonde de courant ionique on peut considérer par exemple l'instant médian ou l'instant le plus tardif. Grâce à des dispositions appropriées non représentées ici mais en soi connues, on peut sélectionner de façon corres- pondante les signaux intervenant sur les deux sondes de courant ionique. Pour le procédé décrit, il est suffisant dans le cas de moteurs à combustion interne à allumage séparé, de prévoir dans un unique cylindre d'un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres un dispositif de mesure du courant ionique par exemple combiné avec une bougie d'allumage. Comme intégrateur on peut utiliser un intégrateur électrique avec un dispositif de réglage électromécanique branché à la suite ou bien un dispositif de réglage électromécanique avec des caractéristiques d'intégration. Sur la figure 3 est représentée une autre possibilité de mise en oeuvre0 Une chambre de précombustion 26 est reliée dans ce cas avec la chambre à combustion 1 d'un moteur à combustion interne par l'intermédiaire de ce que l'on appelle un canal de tir 25. Dans une telle chambre de pré- combustion, dans le cas de moteur à combustion interne à auto- allumage.est injecté le carburant. L'instant d'injection cor- respond alors à l'instant d'allumage pour des moteurs à combus- tion interne à allumage séparé. De telles chambres de pré- combustion servent dans de nouveaux développements de moteurs à combustion interne à allumage séparé comme chambres d'allu- o mage pour une partie de la quantité alimentée dans la chambre de combustion du. moteur à combustion intern Après l'inflammation les parties connstitutives gazeuses sous la forme d'un ou plu- sieurs jets de flamme passent par l'intermédiaire du canal de tir 25 dans la chambre de combustion principale o un mélange relativement maigre de carburant et d'air est amené à inflam- mation. De telles dispositions servent de façon connue à enflammer dos mélanges relativement maigres de carburant et d'air en créant dans la chambre d'allumage des conditions dans lesquelles ce mélange maigre de carburant et d'air peut être enflammé plus rapidementet d'unefaçon meilleure. Dans une telle chambre de combustion on peut disposer une bougie d'allumage ou bien également une bougie à incandescence 28. Pour détecter la fin de Vinflaamation de ce mélange dans la chambre d'allu- mage ou bien du mélange formé sur la base de l'injection de carburant dans le cas de moteurs à combustion interne à auto- allumage, il est prAvu dans la zone de paroi du canal de tir une sonde de courant ionique 29 qui détecte la phase d'écou- lement du mélange. Le courant i.onique capté à cet emplacement est traité d'une manière identique à celle précédemment décrite. (crAoe à la régulation conforme à l'inven- tion on peut supprimer un dispositif de réglage coûteux de l'instant d'a. Llumage avec les inconvénients connus résultant de linfluence des imprécisions de fabrication et de l'usure pendant le fonctionnement. Il en résulte en outre la possibilité d'utiliser également des allumages par incandescence pour l'inflammation et de commander également l'inflammation d'un mélange fortement amaigri. De cette façon il est possible tout en garant;issaut de bonnes propriétés de fonctionnement du moteur à combustion inte:ne de se placer à proximité immédiate de la limite de t o anerrenment maigre du moteur à combustion interne ou bien 'ta aigir {f taçon,orrespondante le mélange. Il est en outre possib.le d. 'ltiliser 1 même sonde de courant ionique ou bien le sig'lal, lle émet pour détecter les fluctuations cyeliques de la 4urxe. d'iantlammat-Lol et pour réguler de façon en soi connue la compositi:oun ctu mélange en tonction de ce signal de úooruti.onnenent izrregulier. REVENDICATIONS 1o. Procrêd- nnur la régulation de l'instant d'allumage, procédé caractérisé en ce que, à l'aide d'une sonde de courant ionique (20, 21, 25) disposée à une distance déter- minée de l'emplacement d'allumage dans la chambre de combustion d'un moteur à-combustion interne à allumage séparé ou bien à auto-allumage, on détecte en-tant que valeur réelle la fin de la phase d'inf!ammution du mélange et on la compare avec une valeur de consi-r- Lc référant à la position angulaire du vile- brequin, et on corrige l'instant d'allumage de façon correspon- dante à l'técart entre la valeur réelle et la valeur de consigne. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce Que or. peut régler la valeur de consigne en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement agissant sur l'inflammation du rmlangeo 3.- Prccédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que qu'on peut modifier la valeur de consigne en fonction d'au moins un paramètre contenant une information sur la vitesse de rotation instantanée du moteur à combustion interne. 4.D Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. caractérisé en ce que op prévoit deux sondes de courart -! q (26, 21) et on traite comme signal d'inflammation un sigra. -btenu à partir des signaux de sortie de ces sondes. 5.? Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on prévoit deux sondes de courant ionique (20, 21) et qu'on traite comme signal pour la fin de l'inflammation le signal le plus tardif délivré par ces sondes. 6.- Installation pour la mise an oeuvre du procédé selon tr'"u$ euelconque des reà-e'étions 1 à 4, caractérisée en ce q-uie un étage de mise en forme d'impulsions (4) est branché sur la son4l de- colr;st i-r.- rr- (2, 29), un émetteur de valeurs de cons;- i.- tr"-ition anul3eirr d'allumage (9, 10, 7), associé au cyliu-re dans leque! est diseosle la sonde de courant ionique, étant p l.évu, les srts de cet émetteur de valeurs de consigne de position angulaire d'allumage et de l'étage de conformation d'1-impu!sions (4) étant reliées à l'entrée d'un dispositif de comparaison (6) grace auquel la position de phase ae itmpulslolil er.: provenance de l'étage de mise en forme des ii.l)u.Ltsons /*) est comparee avec limpulsion en provenance de ilemraetuur de va. eurs de consigne de position angulaire d'allumage, la sortie de ce dispositif de comparaison (6) étant reliée à un intégrateur (12) par l'intermédiaire duquel, de façon correspondante au signal de sortie du dispositif de comparaison, un clspositif de réglage de l'instant d'allumage (14) est susceptible d'être actionrén 7.- rinstallation selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'émetteur de valeurE de cc-nsigne de position angulaire d'ailumage comporte un emeteur (9) de position angulaire du vilebrequin et un dispositif lep:crtateur du signal (24) branché à la suite de cet émetteur, et grâce auquel, en fonction des paramètres agissant str le déroulement de la combustion dans la chambre de corbL.stion du moteur à combustion interne, ia position de phase de la valeur de consi- gne de position angulaire d'allumage est susceptible d'ttre modifiée. 8.!nstallato.cn selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'au moins une sonde de courant:.on:que (EO, 21) est disposée dans le corps isolant (19) d'une bougie a'aiúumage (2). 9.- Installation selon l'une quelconque des revendications b et I, caractérisée en ce que l'emplacement d'allumage d'une partie du mélange d'un moteur à combustion interne se trouve dans un chambre d'allumage (26) reliée à la chambre d'allumage principale (1) du moteur à combustion interne par l'intermédiaire d'au moins un canal de tir (25), tandis que la sonde de courant ionique est disposée dans la zone de paroi de ce canal de tir. 10.- Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce sue un dispositif d'alltumae par incandescence est utilisé pour]'allumage. 11o- Tnstallation selon la revendication 9, caractérisée en ce que une bougie d'allumage servant à obtenir des étincelles d'aJluimvae est utiiSée nour l'allumage. i12c- r.stal]ation selon la revendication 9, caractérisée en ce que un jet de carburan- injecté par ltinter- médiaire d'une buse est iutilisé pour l'allumage.