Brevet FR2467404A1 — publié le 19810417

La présente invention due à la collaboration de Monsieur Claude LOMBARD est relative à un capteur de mesure de la vitesse d'un gaz basée sur un phénomène d'ionisatinn et plus particulièrement à un capteur de mesure par temps de vol d'ions de la vitesse d'alimen- tation en air à l'entrée des cylindres d'un moteur à combustion in- terne. On connait déjà la demande de brevet français no 78/29.884 déposée par la demanderesse le 20 Octobre 1978 pour "Dispositif de mesure du remplissage volumique d'air d'un moteur" remarquable en ce qu'en vue de mesurer la quantité d'air R nécessaire au remplissage des cylindres d'un moteur à combustion interne, ledit dispositif uti- lise en combinaison: - un moyen de mesure de la vitesse d'écoulement de l'air à l'intérieur d'une tubulure d'admission qui est un anémomètre à temps de transit comportant deux électrodes, associé à un générateur d'impulsions à haute tension et à un détecteur - un moyen de déclenchement du générateur d'impulsions lié à la position angulaire de l'arbre moteur et un moyen de traite- ment complexe incorporant notamment un microcalculateur permettant de provoquer la mesure à des époques privilégiées en vue de l'obten- tion de la quantité R. On connait donc un capteur de mesure de vitesse de gaz et notamment d'air dans lequel une première électrode ionise le gaz et une ou plusieurs autres électrodes, réceptrices, collectent une partie des ions avec un retard proportionnel à la distance et à la vitesse. Lorsque l'on désire appliquer ce dispositif à l'air admis à l'entrée d'un moteur à combustion interne avec vannage d'air, il apparait certaines difficultés lorsque l'on cherche à obtenir un dispositif très précis car le compromis longueur de la base de mesure et vitesse de réponse n'est pas toujours facile à optimali- ser, notamment lorsqu'il y a des mouvements rapides du papillon d'admission. Lorsque le moteur tourne très rapidement et qu'on fer- me l'admission jusqu'à une position correspondant au réglage du ralenti, très peu d'air continue à entrer dans le moteur, ce qui signifie une vitesse faible dans l'organe de mesure avant le -2- papillon. Le même problème peut se poser pour des mesures autres que sur moteur à combustion interne lorsqu'il y a une grande dyna- mique de vitesse et qu'elle est commandée par une vanne. Le présent dispositif a pour objet un remède à cette dif- ficulté de fonctionnement. Il se caractérise par un couplage entre la longueur de la base de mesure c'est-à-dire la distance interé- lectrodes et la position du papillon, cette distance interélectro- des étant rendue plus courte lorsque le papillon tend à se fermer. Il devient donc nécessaire d'ajouter un organe de mesure de la distance interélectrodes. Le quotient temps de vol/longueur variable de la base peut dcnc être calculé et connu grâce à un microcalculteur relié au dis- positif. L'invention sera décrite grâce à la figure unique annexée donnée à titre d'exemple non limitatif du dispositif selon l'in- vention. Dans le conduit d'admission d'air 1 on rencontre à par- tir de l'arrivée d'air 2 une électrode mobile émissive d'ions 3 pivotant dans une articulation 4 assurant à la fois l'étanchéi- té, le mouvement et la conduction électrique. Ceci peut notamment être obtenu par un joint 5 en caoutchouc conducteur, enfermé dans une pièce 6 isolant l'électrode 3 du conduit 1. Une tige isolante 7, prolongeant l'électrode 3 est couplée par une biellette 8 à une saillie 9 a du papillon des gaz 17 ce qui rend solidaires les mouvements du papillon 17 et de l'électrode 3 dont la distance par rapport à l'électrode 10 collectrice des ions est ainsi rendue variable. L'électrode 10 est reliée par un moyen 11 de mesure de courant ou de tension à la masse 16 et à un générateur 12 de haute tension pulsée dont l'autre extrémité est reliée à l'électrode mobile 3. Un organe 13 de mesure de la position angulaire du pa- pillon 17 est calé sur l'arbre 9. A titre d'exemple non limitatif ce peut être un potentiomètre à piste résistive ou un codeur op- tique du commerce. L'information angulaire recueillie sur 13 est une mesure de la -3 distance entre les électrodes 3 et 10 à travers là géométrie des bras de levier 3, 7, 8, 9 a. Elle est envoyée dans un calculateur 14 o elle est traitée en corrélation avec les informations venant de l'émission des ions sous l'effet de la haute tension pulsée 12 ainsi qu'avec la détection de passage des ions en 10 transformée en signal électrique utilisable en 11. Le calculateur peut être de tout type connu de l'homme de l'art et notamment de type numérique à microprocesseur. Il effectue le quotient T/d, T étant le temps de vol et d la distance interélectrodes. Le résultat donné sur la ligne 15 est directement la vitesse de l'air à l'intérieur de la conduite 1. Bien entendu, l'organe détecteur 13 peut être placé directement au niveau de la tige de commande 7 ou encore détecter optiquement la position de l'électrode 3 sans changer les caractéristiques de l'invention. De même le couplage entre l'électrode 3 et le papil- lon 17 peut n'être que partiel et n'agir par exemple que pour des positions du papillon proches de la fermeture. On notera que les caractéristiques du papillon 17 n'interviennent pas dans la précision de mesure pour laquelle intervient seulement la distance entre les électrodes 3 et 10. Le fonctionnement dans les conditions les plus critiques est le suivant: lorsque le papillon 17 est ouvert et la vitesse du mo- teur élevée, le débit en 2 est important et la vitesse d'air ra- pide c'est-à-dire que le temps de transit des ions entre les électrodes 3 et 10 est court. Si l'on ferme brutalement le papil- lon 17 l'électrode 3 se rapproche de l'électrode 10 et malgré une vitesse d'air fortement réduite le temps de vol des ions reste dans des limites acceptables comparativement à la durée d'un demi- cycle de rotation du moteur. D'autres formes de réalisation sont possibles comme à titre d'exemple la mobilité de l'électrode collectrice 10 au lieu de l'électrode émettrice 3 ou encore la fixation directe de l'électrode 3 sur le papillon 17. -4 - REVENDICATIONS. ) Capteur de mesure de la vitesse d'un gaz du type comportant au moins une électrode d'ionisation des gaz, une électrode de mesure à une certaine distance de celle-ci, une source de haute tension pulsée, des moyens de mesure du temps de vol d'une électrode à l'autre, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens de cou- plage de position (7,8, 9a) entre les déplacements de l'organe de vannage (17) des gaz dans la conduite (1) et de l'une au moins des électrodes (3, 10) d'émission ou de réception des ions dans le gaz. 2 ) Capteur de mesure suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'une des électrodes (3, 10) peut pivoter autour de son point de fixation (5) et que sont prévus des moyens de couplage de position (7, 8, 9a)entre les déplacements du papillon (17) qui permet de régler le coefficient d'ouverture de la conduite (1) et ceux de ladite électrode (3,10). ) Capteur de mesure suivant la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'électrode mobile est l'électrode d'émission (3) reliée à la source de haute tension plsée (12). 4 ) Capteur de mesure suivant l'une des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce que l'organe de mesure ionique (3,10) est disposé à l'intérieur de la conduite (1) avant le papillon des gaz (17) en se déplaçant dans la conduite dans le sens d'écoulement des gaz. ) Capteur de mesure suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'électrode mobile se rapproche de l'électrode fixe lorsque se ferme le papillon (17).