Brevet FR2487010A1 — publié le 19820122

La présente invention concerne un sys- tème d'alimentation en carburant pour des carburants tels que les hydrocarbures, en particulier l'essence, les alcools ou tout autre carburant ou un mélange de ces carburants, pour les moteurs à combustion, équipé d'un dispositif pour déterminer l'état ou la composition instantanés du carbu- rant et émettre un signal de mesure comme variable afin de commander le dispositif de dosage du rapport air/carburant. Un tel système d'alimentation de carburant est décrit dans la demande de brevet néerlandais 77.12.689. Pour les moteurs à combustion utilisant l'essence ou du gazole comme carburant, on peut également utiliser des mélanges de carburants qui consistent en un hydrocarbure d'un type tel qu'essence ou gazole, et un al- cool d'un type tel que le méthanol ou l'éthanol. Le fonc- tionnement correct d'un tel moteur qui est pourvu d'un car- burateur ou d'un dispositif d'injection, dépend beaucoup du rapport précis carburant/air. Lorsque l'état ou-la compo- sition du carburant provenant du réservoir de carburant est inconnu, on ne peut alors obtenir qu'un réglage approxima- tif qui permet cependant au moteur de fonctionner correc- tement, mais probablement auxdépens d'une consommation im- portante de carburant. Par "état" on entend l'état fluide ou gazeux d'agrégation ou de combinaison d'un ou de plu- sieurs carburants. Pour faire en sorte de fournir au moteur le mélange carburant/air optimal, le dispositif de dosage requis doit être continuellement réglé sur la base d'une me- sure continue de l'état ou de la composition du carburant. La mesure requise à cet égard est réali- sée dans le système connu décrit dans le brevet mentionné ci-dessus à l'aide d'un détecteur diélectrique qui détermi- ne en continu les propriétés diélectriquesdu carburant. Ce détecteur diélectrique est par contre très sensible aux in- fluences secondaires, telles que la température et la vi- tesse du flux. Ce capteur requiert en outre un appareillage et des circuits relativement compliqués. La présente invention a pour but de résou- dre ces problèmes grâce à l'utilisation d'un capteur d'un au- tre type, dont la construction et le circuit électronique né- cessaire sont relativement simples. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu avec un système d'alimentation en carburant du type mentionné ci-dessus au moyen d'un capteur opto-électri- que, placé dans le carburant pour mesurer son indice de ré- fraction de la lumière, et d'un circuit électronique relié au capteur pour commander le dispositif de dosage conformément à l'état ou à la composition déterminés. L'invention a encore pour objet de fournir un capteur opto-électronique consistant en une source lumi- neuse, un conducteur de lumière disposé au moins partielle- ment en contact avec le carburant, et un récepteur de lumiè- re, la mesure de l'indice de réfraction de la lumière étant fondée sur une mesure d'angle limité, tandis que la quantité de lumière reçue par le récepteur de lumière comprend au moins une portion variable due à l'irradiation indirecte et dépendant de l'indice de réfraction du mélange de carburant. Le conducteur de lumière peut consister en une tige de ver- re, sur les extrémités de laquelle sont montés respectivement la source lumineuse et le récepteur de lumière. Etant donné que le capteur opto-électrique selon l'invention dépend quelque peu de la température, un récepteur de lumière supplémentaire ou photo-transistor, peut être placé contre la source lumineuse pour maintenir cons- tante la quantité de lumière émise par la source lumineuse et régler ainsi le courant de la source lumineuse à l'aide 30. du circuit électronique. Un détecteur de température peut é- galement être inséré dans le conduit d'alimentation du mé- lange de carburant et être reliéau circuit électronique pour corriger l'indice de réfraction mesuré et partant le signal de commande du réglage du dispositif de dosage. Avec certaines compositions de carburants, telles que de 0 à 50% d'essence et 100 à 50% d'alcool, il peut s'avérer nécessaire de préchauffer le mélange de car- burants vers 450C afin d'éviter une formation de glace pen- dant l'évaporation du mélange dans le carburateur. A cet effet, le détecteur de température incorporé et le circuit électronique associé sont avantageusement utilisés dans le cadre du réglage de la température pour commander une vanne dans le conduit d'eau d'alimentation d'un échangeur de cha- leur incorporé dans le conduit d'alimentation. La chemise de cet échangeur de chaleur est englobée dans le circuit de l'eau de refroidissement du moteur. On décrit maintenant l'invention plus en détail en prenant comme exemple un mode de réalisation se référant aux figures des dessins annexés, qui représentent respectivement: Fig. 1 une vue schématique du système d'alimentation en carburant selon l'invention. Fig. 2,un diagramme de la tension de sor- tie du capteur en relation avec la composition du carburant à différentes températures comme paramètre. Fig. 3,le principe de mesure du capteur opto-électrique. Fig. 4,une section longitudinale du capteur opto-électrique. Figures 5.1 et 5.2, un diagramme ducir- cuit électronique; et - Figure 6, un diagramme pour expliquer la relation entre la température et les tensions mesurées dans le circuit pour différentes compositions de mélanges de car- burants. Sur la figure 1 des dessins annexés, le carburant 13 dans ledit système d'alimentation en carburant est alimenté au moyen d'une pompe à carburant, non repré- sentée, par le conduit 1 vers un dispositif de dosage tel qu'un carburateur ou un dispositif d'injection. Ce conduit 1 traverse d'abord un échangeur de chaleur 7, à l'extrémité duquel la température du carburant est mesurée au moyen d'un détecteur de température 6. Le carburant est alors en- traîné vers le capteur opto-électrique, puis est envoyé en dehors du système au carburateur ou au dispositif d'in- jection. Le capteur opto-électronique détermine le pour- centage d'alcool, tel que le méthanol ou l'éthanol, dans le mélange de carburants ou détermine l'état d'agrégation du carburant et émet un signal de sortie par le conduc- teur 10, en direction du circuit électronique 3. Le signal de sortie de ce circuit commande un servo-moteur 5, ayant une rétroaction de position, lequel moteur, par exemple au moyen d'un câble Bowden 15, commande le réglage des poin- teaux du gicleur dans le carburateur. Tout le système peut être exécuté comme ce qu'il est convenu d'appeler un l'retro- fit". Le pré-chauffage, parfois nécessaire, du mélange de carburants dans l'échangeur de chaleur est réa- lisé au moyen de l'eau de refroidissement provenant du cir- cuit de refroidissement du moteur, dont la température pen- dant la marche peut atteindre un maximum de 900C. L'échan- geur de chaleur consiste en une chemise cylindrique dans laquelle est replié un tuyau ayant une longueur de 1,25 m, laquelle chemise est reliée au circuit de l'eau de refroi- dissement au moyen d'une vanne d'alimentation 8. Le circuit électronique commande la position de la vanne d'alimentation 8 en fonction du signal émis par le détecteur de température 6 au moyen du conducteur 11. Sur la figure 2 des dessins annexés, la ten- sion de sortie du capteur est indiquée à titre d'exemple en fonction de la composition essence super- éthanol, avec com- me paramètre des températures de 15,20, 25 et 300C. La ten- sion de sortie portée en ordonnée est en relation directe avec l'indice de réfraction du mélange, mesuré. Les valeurs extrêmes de l'indice de réfraction du mélange essence super- éthanol sont 12 = 1,43 pour l'essence super à 100%; T = 1,36 pour l'éthanol à 100%; et Q = 1,33 pour le méthanol à 100%. Le principe de mesure du capteur opto- électronique est reproduit de façon générale sur la figure 3 des dessins annexés. Un conducteur de lumière, une sour- ce lumineuse telle qu'une diode à émission de lumière in- frarouge, et un photo-transistor sont représentés respec- tivement par les références2O, Ll et F2. On mesure l'in- dice de réfraction selon une mesure dite de l'angle criti- que, en utilisant avantageusement une tige de verre comme conducteur de lumière. La source lumineuse est montée sur un côté au moyen d'un adhésif approprié et un récepteur de lumière associé, tel qu'un photo-transistor, est monté de même sur l'autre côté. Les extrémités de cette tige sont contenues dans l'air, alors que la partie comprise entre el- les est en contact avec ou est lavée par le mélange de car- burants à surveiller. On a choisi une tige de verre comme conducteur de lumière, car il s'est avéré qu'un conducteur plastique (acrylique) se corrode dans le mélange corrosif de carburants et est plus sensible que le verre à l'entartra- ge, du fait d'une surface moins homogène. La forme de tige n'est pas spécifiquement requise et on peut utiliser aussi bien des conducteurs incurvés, tels que des fibres de verre. Les rayons lumineux dans le verre sont dirigés vers le récepteur de lumière soit directement, soit après réfraction, ou bien ils sont perdus en sortant dans le milieu environnant du carburant. La quantité de lumière reçue dans le récepteur de lumière consiste en une partie fixe résultant de l'irradiation directe et de la transmis- sion directe de la source au récepteur et en une partie va- riable résultant de l'irradiation indirecte de la lumière qui, après réfraction, est renvoyée dans le verre. Sur la figure 3 des dessins annexés, on montre la trajectoire des rayons lumineux à partir de la source lumineuse. L'indice de réfraction ", 1 du verre est- d'environ 1,25 (verre normal) et l'indice de réfraction Xq 2 du mélange de carburants environnant est compris entre environ 1,36 et 1,43. Selon la loi de Snellius, l'angle y y formé par la lumière tombant sur un plan limitrophe des deux mi- lieux et cependant totalement réfléchie, ce qui signifie dans ce cas restant dans la tige verre, est donné par la re- lation: sin (900 - T = X 2/ X 1 Pour 100% d'éthanol (E), T devient t= 270 conformément à sin (900 - T) = 1,36/1,52 = 0,89. Tous les rayons lumineux ayant un > 270 sont perdus pour le photo- détecteur. Pour 100% d'essence super (SB), T devient T = 200 conformément à sin (900 - T) = 1,43/1,52 = 0,94. Tous les rayons lumineux ayant un t>o20 sont perdus pour le photodétecteur. Dans un exemple de mode de réalisation de la tige de verre ayant un diamètre de 5 mm et Ql = 1,52 ladite source lumineuse irradie la lumière selon un angle ouvert Q de 380 au maximum. Cette ouverture est calculée d'après la formule: sin 0 =. La région de 0 est couverte dans chaque cas. En supposant que la source lumineuse ait une distribution uniforme d'intensité sur l'ouverture de 38 et en partant d'un mélange de carburants de SB (0 - 100%) - E (100 - 0%),20/38 parties de la quantité de lumière dans le tube de verre sont alors convoyés et forment un fond cons- tant pour le photo-transistor indépendant des modifications de Q du mélange de carburants$ et 7/38 parties de l'inten- sité irradiée dépendent directement du mélange de carburants quant à la réflexion. Le reste de la lumière irradiée est perdu par transmission directe dans le mélange de car- burants. Ceci est indépendant des valeurs de 'Y données. La déviation maximale, à attendre dans les conditions indiquées, quant au fond constant (intensité) à l'emplacement du photo-transistor est donc 7/20 x 100% = 35%, hormis les pertes dans la tige de verre en soi. Cette dé- viation est facile à observer avec des moyens relativement simples. Afin de garantir de façon sure la stabilité de la mesure de l'état ou de la composition du carburant, un certain nombre de mesures peuvent être appliquées pour com- penser l'influence de la température, soit: 1. La quantité de lumière irradiée par la source lumineuse Ll dans la tige de verre est protégée au moyen d'un second photo-transistor Fl placé sur le côté de la source lumineuse LED. L'intensité de la lumière prove- nant de la source lumineuse dépend de la température se- lon l'équation de diode normale. Lorsque la gamme de tem- pérature désirée est voisine de 600C, on doit avoir soin de maintenir l'intensité de la lumière après l'avoir ajustée à une certaine valeur. Ceci est obtenu avec le photo-tran- sistor Fl qui ajuste le courant de la source lumineuse à l'aide d'une boucle de réglage dans le circuit électroni- que. 2. Un conducteur thermique métallique (cons- titué par un fil toronnéou par le bâti) entre les deux photo-transistors est utilisé pour garantir de façon sûre l'égalité thermique. 3. La température du carburant est mesurée pour corriger l'indice de réfraction mesuré, qui dépend de la température. Cette correction est effectuée dans le circuit électronique. Sur la figure 4 des dessins annexés, on a re- présenté une section longitudinale du capteur opto-électroni- que 2. Le conduit -du carburant 13 porte la référence 1, lequel carburant lave au moins partiellement la tige de verre 20 dans l'espace 22. La source lumineuse Ll et le photo-transis- tor F2 sont placés respectivement sur chacun des côtés de la tige de verre, le photo-transistor Fl étant monté contre la source lumineuse Ll. Le bâti du capteur est appelé 23, et un boulon de connection est inséré à travers ce bâti pour four- nir l'égalité thermique des deux photo-transistors et éga- - lement servir, à l'occasion, de conducteur dans les fils de connection du photo-transistor F2. Il peut également s'avérer important de dé- terminer la proportion mutuelle dans les mélanges éthanol- méthanol.par exemple et d'adapter en conséquence le carbura- teur ou l'injection. On a de plus en plus tendance à utiliser du LPG (gaz de pétrole liquéfié) ou un mélange propane/butane comme carburant de moteur. A cet effet-, ledit LPG, qui est contenu sous forme liquide dans le réservoir, est évaporé au moyen d'un échangeur de chaleur avec de l'eau de refroidissement, et est carburé comme gaz vecteur.L'inconvénient de cette car- buration du gaz vecteur réside dans le fait que ce gaz est alors très volumineux et engendre donc des pertes de puissan- ce. On peut supprimer cet inconvénient en le carburant sous forme d'un liquide. L'effet de refroidissement du LPG liqui- de sur l'air d'admission exerce en outre une influence favo- rable sur l'efficacité. Un carburant tel que le LPG est contenu dans le réservoir dans un équilibre vapeur-liquide. Au cas o il y a une diminution de pression ou des changements de températu- re pendant le passage à travers les conduits ou l'appareil de réglage, il y a formation de bulles de vapeur. Le carburant dans les conduits ou dans l'appareil de réglage est alors con- tenu dans deux états d'agrégation: vapeur et liquide. Le capteur est capable de détecter-ce phénomène et oblige le car- burateur ou le système d'injection à s'adapter lui-même. Sans une telle adaptation, la carburation ou l'injection seraient déréglées par les teneurs en carburant bien plus faibles dans les bulles de vapeur. Sur les figures 5.1 et 5.2, on a représenté un schéma du circuit électronique, lequel circuit est compo- sé de simples constituants. Le pont de mesure de la tempéra- ture comprenant le détecteur de température 6 et l'amplifi- cateur IC 1.1 est indiqué sur la gauche de la figure 5.1. Le photo-transistor Fl inséré dans des buts de correction commande le courant de diode de la source lu- mineuse Ll par l'amplificateur IC 1.2 et le transistor Q1. Le - 2487010 signal émis par le photo-transistor F2 est fourni à une entrée de l'am- plificateur IC 1.4, à l'autre entrée duquel est fourni le signal de mesure du captage de température 6 par l'amplifi- cateur IC 1.1 pour faire en sorte de corriger l'influence de la température. Le réglage de cet amplificateur est tel que, par rapport à la valeur de mesure à une certaine température et pour un carburant de référence, par exemple 100% d'éthanol, l'influence de la température soit limitée à 5% de la valeur finale. Sur la figure 6 des dessins annexés, on mon- tre la relation entre la température et la tension mesurée pour certaines compositions de carburants, à savoir le dia- gramme 41 pour 100% d'éthanol, le diagramme 42 pour 50% d'é- thanol et 50% d'essence normale, le diagramme 43 pour 25% d'éthanol et 75% d'essence normale, le diagramme 44 pour 100% d'essence normale. Ces diagrammes, après correction pour la température, sont rectilignes avec une tolérance de 5 à 7 %. Le signal de mesure sur la figure 5.1 est a- lors additionné avec une tension de référence à partir d'un diviseur de tension fixe et est fourni à l'une des entrées de l'amplificateur subséquent IC 1.3. Le signal de tempéra- ture provenant du détecteur de température 6 est fourni à l'autre entrée dudit amplificateur. Le signal provenant de l'amplificateur IC 1.3 est fourni par un transistor d'éner- gie Q3 et Q5 à la vanne de réglage proportionnel 8 du conduit d'eau 9 de l'échangeur de chaleur 7. Le carburant d'une composition de carburant à % d'éthanol peut être chauffé à 450C et le carburant d'une composition à 100% d'essence peut être préchauffé à 100C. Des mélanges de ces deux carburants sont proportionnellement ré- glés entre 10 et 450C selon la valeur de mesure. Le signal provenant de la sortie de l'ampli- ficateur IC 1.4 est-également fourni au circuit électrique, tel qu'indiqué sur la figure 5.2 des dessins annexés, pour commander le servo- moteur Ml. Ce moteur peut être un moteur à paliers ayant un dispositif de retard, qui par un mécanisme de câble Bowden, fait fonctionner le réglage de l'injecteur (normal et constant). Le signal de la valeur de mesure est fourni par un circuit de commande gauche-droit IC 2.2/3 au circuit de commande IC 4 du moteur à paliers. La position de l'axe du moteur est reportée à l'aide d'un potentiomètre li- néaire couplé, vers l'amplificateur IC 2.1. Un circuit de stabilisation de tension est désigné par IC 3. La tension d'alimentation pour le circuit électronique dérive de l'accu- mulateur du véhicule à moteur en question. La longueur de la tige de verre doit de préfé- rence atteindre 5 cm ou un peu plus. Le diamètre de la tige de verre est choisi pour faire en sorte qu'on obtienne un cou- plage optimal avec la source lumineuse et les photo-transis- tors. On choisit avantageusement un diamètre de 5 mm. Pour ob- tenir des propriétés reproductibles du capteur, on doit mon- ter les éléments perpendiculairement aux surfaces, au moyen par exemple d'un adhésif de type époxyde. Le verre le plus approprié semble être un verre au boro-silicate ayant un in- dice = 1,49 à 1,52. La reproductibilité de la mesure de l'indice de réfraction à une seule et même température au moyen du même capteur est supérieure à 5%. Le circuit électronique est capable de fonctionner dans une large gamme de tempéra- tures. Il est également possible de monter la sour- ce lumineuse et le récepteur de lumière sur le même côté, grâce à quoi le capteur opto-électronique peut être introduit comme une unité d'insertion dans un conduit de carburant. L'autre extrémité du conducteur de lumière doit alors être rendue réfléchissante au moyen d'un miroir. Le capteur peut également être utilisé dans des mélanges liquides ou dans des mélanges qui adhèrent à la tige de verre, tels que par exemple du gazole mélangé avec un autre carburant. L'adhérence de ce gazole à la tige faus- se la mesure de la composition de mélange. Pour réduire con- sidérablement ou supprimer ladite adhérence, on utilise avan- tageusement un mince revêtement d'une matière plastique il (PTFE) ou d'un métal, transparent pour le type de lumière appliquée. Les propriétés optiques de ladite couche mince doi- vent être telles qu'elles n'affectent pas notablement le fonctionnement du capteur. La gamme de mesure du capteur peut être modi- fiée par un autre choix du matériau de la tige de verre et également par le choix d'une autre longueur d'onde de la source lumineuse. REVENDICATIONS 1. Système d'alimentation en carburant pour des carburants tels que les hydrocarbures, en particulier l'essence, les alcools ou d'autres carburants, ou un mélange de ces carburants, pour les moteurs à combustion, équipé d'- un dispositif pour déterminer l'état ou la composition ins- tantanés du carburant et-émettre un signal comme variable pour la commande du dispositif de dosage du rapport air/car- burant, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un capteur optoélectronique monté dans le carburant pour mesurer son indice de réfraction de la lumière et d'un circuit électro- nique relié au capteur pour commander le dispositif de dosa- ge selon l'état ou la composition déterminés. 2. Système d'alimentation en carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur opto- électronique consiste en une source lumineuse, un conducteur de lumière installé au moins partiellement en contact avec le carburant et un récepteur de lumière, auquel cas la mesu- re de l'indice de réfraction de la lumière est fondée sur u- ne mesure de l'angle critique, et la quantité de lumière cap- tée par le récepteur de lumière comprend au moins une portion variable résultant d'une irradiation indirecte et dépendant de l'indice de réfraction du carburant. 3. Système d'alimentation en carburant selon la revendication 2, caractérisé en ce que le conducteur de lumière consiste en une tige de verre--sur les deux extrémi- tés de laquelle sont montés respectivement la source lumi- neuse et le récepteur de lumière. 4. Système d'alimentation en carburant selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour compenser l'influence de la température sur le capteur opto- électronique, un récepteur de lumière supplémentaire est mon- té contre la source lumineuse pour préserver la quantité de lumière émise par la source lumineuse et ajuster le cou- rant de la source lumineuse en conséquence à l'aide du cir- cuit électronique. 5. Système d'alimentation en carburant selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un détecteur de tem- pérature est mis en place dans le conduit d'alimentation en carburant et est relié au circuit électronique pour corriger- l'indice de réfraction mesuré et partant le signal de com- mande du réglage du dispositif de dosage. 6. Système d'alimentation en carburant selon la revendication 5, caractérisé en ce que, pour régulariser la température du carburant, un échangeur de chaleur est mis en place dans le conduit d'alimentation avant le détecteur de température, la chemise dudit échangeur de chaleur est en- globée dans le circuit de l'eau de refroidissement du moteur et le carburant est, si nécessaire, pré-chauffé par utilisa- tion d'une vanne dans le conduit de l'eau de refroidissement, commandée par le circuit électronique.