Brevet FR2466634A1 — publié le 19810410

L'invention part d'un procédé de régulation de l'ins- tant d'allumage dans un moteur à combustion interne, avec détec- tion de la pression de pointe dans la chambre de combustion, détermination de la position de cette pression de pointe par sa distance réelle au point mort, comparaison de cette distance réelle avec une valeur théorique et correction de l'instant d'allumage en fonction de l'écart entre cette valeur réelle et la valeur théorique. Il est connu de régler l'instant d'allumage dans le cas de moteurs à combustion interne fonctionnant avec un allu- mage séparé, en fonction de la position de la pression de pointe par rapport au point mort haut lors du processus de combustion. Il est donné une valeur théorique optimale de Jldistarg e angulaire pour lqueIlela pression de pointe intervient dans la chambre de cobmustion et, lors d'un écart par rapport à cette valeur théo- rique, l'instant d'allumage est corrigé de façon convenable. Les détecteurs permettant de saisir la pression dans la chambre de combustion posent toutefois des problèmes en ce qui concerne leur réalisation, leur sécurité de fonctionnement et leur possi- bilité d'installation dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues et concerne à cet effet un procédé de ré- gulation de l'instant d'allumage, procédé caractérisé en ce que la pression de pointe dans la chambre de combustion est détectée au moyen d'une sonde à courant ionique, tandis que comme mesure de la pression de pointe dans la chambre de combustion, on re- tient un maximum du courant ionique intervenant après le point mort:hitâWà*intérieur d'une zone de mesure définie par une posi- tion angulaire X% du vilebrequin comprise entre 0 et 900 après le point mort haut. Le procédé conforme à l'invention, défini ci-dessus, présente, par rapport aux solutions connues, l'avantage que la sonde à courant ionique utilisée comme détecteur de la position de la pression de pointe dans la chambre de combustion est nota- blement moins conteuse et ne pose pas de problème en ce qui con- cerne la sécurité de fonctionnement et l'installation. Il est particulièrement avantageux que les bougies mêmesservant à l'al- lumage puissent ltre utilisées pour la mesure après légère modi- fication. D'autres caractéristiques de l'invention permettent d'envisager d'autres formes avantageuses des améliorations du procédé indiqué ci-dessus. L'invention va être expliquée plus en détail en se référant à un exemple de réalisation représenté schématiquement sur les schémas ci-joints, dans lesquels: - la figure 1 est un diagramme de l'évolution du cou- rant ionique rapporté à la position angulaire o& de l'arbre du vilebrequin, - la figure 2 montre l'évolution de la pression dans la chambre de combustion par rapport à la position angulaire du vilebrequin, - la figure 3 est la courbe de la première dérivée dI/dW du courant ionique, - la figure 4 montre une seconde évolution du courant ionique en fonction de la position angulaire tX du vilebrequin dans le cas d'un second type d'évolution de la combustion, - la figure 5 montre l'évolution de la pression mesu- rée dans la chambre de combustion en fonction de la position angulaireqK du vilebrequin pour le cas de la figure 4, - la figure 6 est la courbe de la première dérivée dI/di du courant ionique dans le cas de la figure 4, la figure 7 montre la seconde dérivée d I/dt^ du courant ionique dans le cas de la figure 4, - la figure 8 est un schéma par blocs d'un circuit d'exploitation du courant ionique en vue de la régulation de l'instant d'allumage. Des recherches portant sur plusieurs années sur des véhicules équipés de moteur à combustion interne à allumage sé- paré, ont montré que, déjà après un parcours de 5 000 km, pour % des véhicules, l'instant d'allumage et, en corrélation avec celui-ci, par exemple aussi l'émission de substances nuisibles, ne correspondent plus aux valeurs initialement réglées. Les re- cherches et les mesures ont, en outre, montré que dans le cas de la commande aujourd'hui courante de l'instant d'allumage en fonction de la pression dans la tubulure d'aspiration et de la vi- tesse de rotation, certaines influences importantes rendant né- cessaire un réglage de l'instant d'allumage n'étaient pas prises- en compté. Par exemple, l'humidité de l'air, la pression ex- térieure, la composition du mélange carburant/air, la teneur en oxygène et le recyclage des gaz d'échappement agissent de façon très importante sur l'inflammation du mélange dans les chambres de combustion. En fonction du retard à l'allumage et de la vitesse d'inflammation, des positions différentes inter- viennent pour la pression de pointe dans la chambre de combus- tion. Il est connu que pour un mode de fonctionnement économi- que d'un moteur à combustion interne du point de vue de la con- sommation et de l'usure, un écart à peu près constant doit être maintenu entre la position de la pression de pointe dans la chambre de combustion et le point mort haut sur touté l'étendue de fonctionnement. Cette notion est connue et l'on se propose de régler l'instant d'allumage de façon telle que la position de la pression de pointe dans la chambre de combustion prenne la valeur souhaitée. La réalisation et la mise en place du dé- tecteur de pression pose toutefois des problèmes du point de vue d'une application en série à des véhicules automobiles. Des mesures comparatives de l'évolution de la pres- sion et de l'évolution du courant ionique en fonction de la position angulaire du vilebrequin pour des moteurs à combustion interne à allumage séparé ont montré que pour des pressions ma- ximales dans la chambre de combustion un courant ionique parti- culièrement élevé s'établit. La cause en est que simultanément ici des températures maximales interviennent également notamment au voisinage du point d'allumage. De ce fait, la vitesse de conversion de la charge (mélange carburant/air) est augmentée et la mobilité des ions est accrue. La figure 1 montre schéma- tiquement l'évolution du courant ionique en fonction de la po- sition angulaire dc du vilebrequin dans le cas d'une combustion classique d'un mélange carburant/air relativement grand mesuré sur une bougie d'allumage utilisée comme sonde à courant ioni- que. Le premier maximum Ml du courant ionique se situant avant le point'mort haut (OT) est alors la conséquence d'une combustion intensive directement après l'inflammation du mélange carburant/ air sur la bougie d'allumage. Le second maximum M2 pour une po- sition angulaire 0m du vilebrequin correspondant à ce maxi- max mum, provient, comme cela a été-mentionné, du fort accroisse- ment de température au moment de la pression de pointe dans la zone de combustion. Le diagramme de la pression de pointe re- présenté sur la figure 2 montre que le maximum M2 du courant ionique se situe à la même position angulaire ( max que la pres- sion de pointe Pmax dans la chambre de combustion. La courbe en trait plein 1 sur la figure 2 représente l'évolution de la pression dans la chambre de combustion par rapport à la posi- tion angulaire X( du vilebrequin dans le cas o une combustion du mélange carburant/air à lieu. La courbe 2 sur la figure 2 représente l'évolution de la pression résultant seulement de la compression par le piston. La coïncidence de position entre un maximum du courant ionique après le point morthai.t eL-la pression de pointe dans la chambre de combustion permet de déterminer également avec l'aide du signal de courant ionique, la position de la pression de poin- te dans la chambre de combustion. Bien qu'il existe deux maxima de la courbe de courant ionique, on peut les distinguer en ce que le premier maximum intervient dans la zone de position an- gulaire en avant du point mort haut, c'est-à-dire cl linstant d'allumage. On choisit en conséquence avantageusement la zone de mesure après le point mort-haut pour des positions angulaires comprises entre 0 et 900 pour déterminer la position du second maximum M2. Dans le cas o un mélange carburant/air très maigre est mis en combustion, il peut se produire que, surtout pour des valeurs de couple de rotation basses, il ne se produise pas de second maximum caractérisé au sens mathématique du mot, et qu'au lieu de ce maximum, il se produise seulement un aplatis- sement eh forme de selle de la courbe de courant ionique I(i). Cette évolution est représentée sur la figure 4. Sur la figure est représentée l'évolution correspondante de la pression de pointe dans la chambre de combustion qui ne comporte également pas ici de pointe caractérisée. Pour la détermination de la pres- sion de pointe dans la chambre de combustion à l'aide d'un dé- tecteur de pression, il serait difficiledans ce cas de détermi- ner la pointe de pression car, en régle générale, des fluctua- tions de pression se superposent à cette courbe. La figure 8 représente schématiquement le circuit d'exploitation du signal du courant ionique en vue d'obtenir un signal de commande pour le réglage de l'instant d'allumage. Pour remplacer le moteur à combustion interne, on a représenté un piston 5 d'un cylindre qui délimite une chambre de combus- tion principale 6 dans ce cylindre. Dans la paroi de cette cham- bre de combustion, il est prévu une sonde à courant ionique ou bien une bougie d'allumage 7 modifiée servant à l'allumage. Le courant proportionnel obtenu de façon classique à partir de la sonde à courant ionique 7 est converti dans un convertisseur courant-tension 8 en une tension de commande rapportée dans une partie 9 du branchement à la position angulaire i du vilebre- quin. Dans la partie 10 du branchement, on forme à partir du signal U (j) la première ou la seconde dérivée en fonction de t, du/dk ou d 2u/dd. Au lieu du courant une tension corres- pondante se prêtant mieux à l'exploitation, peut également in- tervenir. De façon connue, dans la mesure o il existe des ma- xima de la fonction de base, des passages par zéro de la courbe de la première dérivée interviennent. On voit sur la figure 3 que le passage parzéro dans le sens positif-négatif correspond à la position du second maxima M2. Ce passage par zéro est.. détecté dans la partie Il du branchement et la position angulaire 0 max du vilebrequin qui lui est associée est déterminée. Dans le cas de la succession des figures 4 à 7 qui correspondent à une évolution de la combustion sans second ma- ximum caractéristique, on voit que, conformément à la figure 6, la première dérivée ne présente pas de passage par zéro dans la zone de position angulaire t dans le sens positif-négatif. Le maximum M3 de la première déri- vée con'formément à la figure 6 comporte toutefois une petite erreur, il ne se situe exactement sur le point M2', qui corres- pond au point Pmax, de la figure 5, mais quelque peu en avant en M21, ou la courbe I(dG) a son point d'inflexion. Par rapport aux fluctuations de position de la pression de pointe dans la chambre de combustion, cette erreur est toutefois négligeable. Pour maintenir la coordination entre le signal de courant ionique I(z) ou u(U) et la position angulaire CO du vile- brequin, un signal obtenu lors du passage de l'arbre du vilebre- quin par le point mort haut est appliqué^à la partie-9cUbtàniche- ment. L'arbre de vilebrequin 12 comporte, à cet effet, des re- pères de signalisation 14 dont le passage par le point mort haut est déterminé par exemple à l'aide d'un détecteur inductif 15. Grâce à un dispositif de mioe en forme des signaux 16 branché, à la suite du détecteur inductif 15, un signal de commutation est obtenu qui est appliqué à la partie 9 du branchement. Grâce à ce signal de commutation, un dispositif.de mesure du temps ou de la position angulaire est mis en route,-et ce dispositif est questionné par la partie 11 du branchement au moment de l'inter- vention du maximum de courant ionique. Cette valeur angulaire est alors appliquée en tant que signal kéel à un dispositif de comparaison 18 qui reçoit, en outre, une valeur théorique d'un émetteur de valeur théorique 19. En fonction de l'écart entre le signal réel et la valeur théorique, un intégrateur 20 est comman- dé, le signal de sortie de cet intégrateur étant appliqué à un dispositif de réglage 21 de l'angle d'allumage. En tant que dis- positif de mesure du temps ou de la position angulaire, on peut utiliser un dispositif classique connu, par exemple, un intégra- teur ou bien un compteur. On peut également compter par exemple le nombre des incréments de position angulaire défilant devant le détecteur inductif 15. Comme, dans le cas o il existe un second maximum ca- ractérisé M2 du courant ionique, la position de ce maximum donne de façon idéale la position de la pression de pointe dans la cham- bre de combustion, la partie du branchement prévue pour la déter- mination deO( max peut être prévue de façon telle que tout d'abord la première dérivée Y soit testée pour constater s'il existe des pas- sages par zéro et ce n'est que dans le cas o il n'existe pas de passage par zéro que la position du second passage par O de la seconde dérivée est déterminée. Lors de la formation de la valeur théorique, il est possible d'influencer, si nécessaire, la position de la pression de pointe. Bien que, comme mentionné précédemment, l'intervalle angulaire entre la pression de pointe et le point mort haut doit être maintenu constant sur toute la zone de fonctionnement, il est nécessaire, dans certaines circonstances, par exemple en vue de l'accroissement du couple dans des conditions de fonctionne- ment particulières, de modifier cet intervalle angulaire. Ceci peut s'effectuer à l'aide d'un émetteur de valeur théorique pré- vu en conséquence. En outre, dans le cas d'un dispositif de me- sure du temps pur pour la détermination de i% max' l'influence de la vitesse de rotation sur la valeur ainsi déterminée de i max peut être compensée. La valeur théorique peut, dans ce cas, être modifiée en fonction de la vitesse de rotation. L'intégrateur 20 précité revêt avantageusement la forme d'un intégrateur électro- nique, mais il peut également être un organe de réglage avec des caractéristiques d'intégration qui agit simultanément comme amplificateur. Dans une réalisation complémentaire, le signal marche régulière du moteur grâce auxquels une régulation du mé- lange à la limite du fonctionnement en mélange màigre est possi- ble. Les fluctuations de la vitesse de rotation provenant des fluctuations de pression dans la chambre de combustion sont alors détectées sur l'arbre du vilebrequin en tant que valeur réelle ! et sont comparées avec une valeur théorique de l'étendue admis- sible des fluctuations. Si les fluctuations des pressions inter- venant successivement dans la chambre de combustion pour chaque cycle dépassent la valeur permise, le mélange carburant/air est alors enrichi jusqu'à ce que la régularité de fonctionnement ad- missible soit à nous atteinte. Dans le cas de l'exemple de réa- lisation selon la figure 8, un signal de commande est obtenu en complément dans la partie 22 du branchement à partir des valeurs successives def tionnement du moteur à combustion interne. Dans un dispositif de comparaison 23, ce signal est comparé avec une valeur théorique et le signal en résultant est appliqué à l'intégrateur 24 dont le signal de sortie commande un dispositif de réglage 25 de la proportion carburant/air ou bien un dispositif de commande du recyclage des gaz d'échappement' Les dispositifs assurant une régulation avec une mar- che régulière du moteur sont par exemple connus par les documents DE-OS 24 34 743 ou bien DE-OS 24 17 187. R E V E N D I C A T I O N S ) Procédé de régulation de l'instant d'allumage dans un moteur à combustion interne, avec détection de la pression de pointe dans la chambre de combustion, détermination de la posi- tion de cette pression de pointe par sa distance réelle au point mort. haut, comparaison de cette distance réelle avec une valeur théorique et correction de l'instant d'allumage en fonction de l'écart entre cette valeur réelle et la valeur théorique, procé- dé caractérisé en ce que la pression de pointe dans..la chambre de combustion est détectée au moyen d'une sonde à courant ioni- que, tandis que comme mesure de la pression de pointe dans la chambre de combustion, on retient un maximum du courant ionique intervenant après le point mort hautà l'intérieur d'une zone de mesure définie par une position angulaire (iG du vilebrequin com- prise entre 0 et 900 après le point mort haut. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le maximum du courant ionique est détecté en déterminant un premier passage par zéro dans le sens positif-négatif, après le point mort haut(OT), de la première dérivée du signal de courant ionique. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le maximum du courant ionique est détecté en déterminant le second passage par zéro après le point mort (O) (OT) de la pre- mière dérivée du signal de courant ionique. 40) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour déterminer le maximum du courant ionique à l'inté- rieur de la zone de mesure correspondant à la position angulaire (") du vilebrequin comprise entre O et 900 après le point mort haut la première dérivée du signal de courant ionique est testée en ce qui concerne ses passages par zéro et au cas o ces passages par zéro font défaut, le second-passage par zéro.ou'bien le premier pas- -sage par zérq dans le sens positif-négatif de la seconde déri- vée du signal de courant ionique en fonction du temps ou des incréments de la position angulaire est déterminé. 50)-Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que pour déterminer la position angu- laire (( max) du vilebrequin pour laquelle intervient un maximum du courant ionique, un dispositif de mesure du temps ou de la position angulaire, fonctionnant dans l'étendue de la zone de mesure correspondant à la position angulaire (o) du vilebrequin comprise entre 0 et 90o, est mis en route au point mort Waut, et l'état de mesurage lors d'un premier passage par zéro dans le sens positif-négatif ou bien lors d'un deuxième passage par zéro de la première ou de la seconde dérivée du courant ionique en fonction du temps ou bien des incréments de position angulai- re, est appliqué en tant que valeur réelle un dispositif de com- paraison et l'instant d'allumage est réglé en fonction de l'écart de cette valeur réelle à partir de la valeur théorique. ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la valeur théorique est susceptible d'être réglée en fonc- tion d'au moins un paramètre de fonctionnement agissant sur l'inflammation du mélange d'alimentation (retard à l'allumage). ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la valeur théorique est susceptible d'être modifiée en fonction d'au moins un paramètre contenant une information sur la vitesse de rotation instantanée du moteur à combustion interne. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'en outre les fluctuations de la va- leur réelle ("max) sont comparées avec une valeur théorique de l'étendue maximale admissible des fluctuations de la position des pressions de pointe intervenant successivement dans la cham- bre de combustion au cours des cycles de fonctionnement, et que, en fonction du résultat de cette comparaison, il est effectué une modification de la quote-part de l'une au moins des parties constitutives du mélange d'alimentation (air, carburant, ou bien gaz inerte ou encore gaz d'échappement).