Brevet FR2516599A1 — publié le 19830520

La présente invention se rapporte à un dispositif de com- mande du débit de carburant et plus particulièrement à un dis- positif de commande du débit de carburant pour un moteurà com- bustion interne. Dans les moteurs à combustion interne à allumage par étin- celles, tels que les moteurs à pistons d'avion, une charge de carburant est normalement fournie au moteur soit par carbura- tion soit par injection de carburant d'une manière telle que la charge d'air aspirée fournit un mélange combustible aux chambres de combustion ou cylindres dumoteur La quantité de carburant fournie au moteur peut être réglée à l'aide d'un certain nombre de moyens différents - Dans la plupart des moteurs à piston d'avion actuels, ce- pendant, le circuit carburant est commandé manuellement au moyen d'un levier de commande du mélange Ce levier est ac- tionné par le pilote pour fournir des mélanges de carburant plus pauvres au moteur afin de réduire la consommation de car- burant et également dans le but d'éviter la formation de mé- langes excessivement riches aux hautes altitudes De tels mé- langes excessivement riches peuvent provoquer une combustion irrégulière dans le moteur et même le calage du moteur, Normalement, le pilote actionne le levier de commande du mélange en réponse à un ou plusieurs paramètres prédéterminés de fonctionnement du moteur, tels que la température des gaz d'échappement (TGE), la température de la culasse (TC) , le débit de carburant, l'altitude, la vitesse du-moteur et/ou la pression de la tubulure Par conséquent, la commande et le ré- glage du levier de commande par le pilote accroissent inutile- ment la charge de travail du pilote et,en même temps,ils peuvent avoir pour résultat qu'un mélange carburant/air incor- rect soit fourni au moteur Un mélange carburant/air incorrect fourni au moteur se traduit non seulement par une consommation excessive de carburant mais également par un endommagement du moteur de à une température excessive de la culasse. La présente invention supprime les inconvénients des dis- positifs de commande du débit de carburant déjà connus en ré- alisant un dispositif de commande du mélange carburant/air automatique qui réduit au minimum la consommation effective spécifique de carburant au frein pendant le fonctionnement en régime stabilisé du moteur. En résumé, la présente invention a pour objet un disposi- tif de commande du mélange carburant/air à micro-ordinateur qui est plus particulièrement approprié pour un moteur à pis- tons d'avion ayant une source de carburant et des moyens pour fournir le carburant au moteur à des débits variables Le cir- cuit carburant accroît initialement le débit de carburant four- ni au moteur fournissant ainsi un mélange carburant/air exces- sivement riche Le débit de carburant est ensuite diminué par décréments successifs tandis que la valeur de la température des gaz d'échappement est simultanément mesurée à chaque dé- crément du débit Ce processus est répété jusqu'à ce que la température maximale des gaz d'échappement soit atteinte. Ensuite, le dispositif de commande du débit de carburant diminẻ à nouveau le débit de carburant fourni au moteur par décréments de débit de carburant prédéterminés tandis que la température des gaz d'échappement est mesurée à chaque décré- ment du débit de carburant Ce processus est répété jusqu'à ce que la température des gaz d'échappement soit inférieure d'une quantité prédéterminée à sa valeur maximale Ensuite, le dispositif de commande du débit de carburant maintient la fourniture d'un débit régulier de carburant au moteur tant que le moteur reste dans une condition de régime stabilisé. Une caractéristique importante de la présente invention réside en ce que le débit de carburant fourni au moteur est diminué jusqu'à ce que la température des gaz d'échappement soit inférieure à la température maximale des gaz d'échappement d'une quantité prédéterminée ou décalage de température, quelle que soit la valeur de la température maximale des gaz d'échappement En outre, on a trouvé; en pratique, que l'on peut réduire au minimum la consommation spécifique de carbu- rant au frein (CSCF), pour un moteur particulier quelconque, simplement en changeant le décalage de température, c'est-à- dire la différence de température entre la température maxi- male des gaz d'échappement et la température des gaz d'échap- pement à la consommation spécifique minimale de carburant au frein pour ce moteur particulier. On comprendra mieux l'invention à la lecture de la des- cription détaillée qui va suivre considérée àla-lumière des dessins annexés dans les diverses figures desquels on a uti- lisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments et dans lesquels: la Fig 1 est un schéma-bloc qui représente un mode de réalisation préféré du dispositif de commande du débit de car- burant de la présente invention; la Fig 2 est un graphique qui représente le fonctionne- ment du mode de réalisation préféré du dispositif de commande du débit de carburant selon la présente invention; et la Fig 3 est un organigramme qui représente le fonction- nement du mode de réalisation préféré du dispositif de com- mande du débit de carburant de la présente invention. Le dispositif de commande du débit de carburant de la présente invention est particulièrement approprié pour être utilisé avec un moteur à combustion interne à allumage par étincelles du type utilisé dans les avions etde ce faiton le décrira tel qu'il est conçu pour être utilisé avec u-n tel moteur d'avion Cependant, il ne faudrait en déduire aucune limitation inutile étant donné que le dispositif de commande du débit de carburant de la présente invention peut être adap- té pour être utilisé avec d'autres types de moteurs -à combus- tion interne à allumage par étincelles. Sur la Fig 1 à laquelle on se référera tout d'abord, on a représenté un schéma-bloc du dispositif de commande du dé- bit de carburant qui comporte un micro-ordinateur ou micro- processeur 10 lequel comporte un point d'accès d'entrée 12 et un point d'accès de sortie 14 Les points d'accès d'entrée et de sortie 12 et 14 pourraient alternativement être constitués par un unique point d'accès d'entrée/sortie pour le micro- processeur 10 et, comme il est bien connu dans la technique, chaque point d'accès comporte plusieurs lignes bien qu'on n'ait représenté sur le dessin qu'une unique ligne. Une mémoire 16 à accès sélectif est connectée de manière opérante au microprocesseur 10 pour la mise en mémoire de va-. leurs de données temporaires comme il apparaitra clairement ci-après En outre, une mémoire morte 18 est également con- nectée de manière opérante au microprocesseur 10, cette mé- moire contenant le programme nécessaire pour le fonctionnne- ment du microprocesseur 10 Bien que la mémoire 16 à accès sélectif et la mémoire morte 18 soient représentées sur la Fig 1 comme étant externes au microprocesseur 10 l'une ou l'autre ou même les deux peuvent être contenues intérieure- ment dans le microprocesseur 10. Comme représenté sur la Fig 1 à laquelle on continuera de se référer,-le dispositif de commande du débit de carbu- rant comporte un détecteur 20 de température qui produit sur sa sortie 22 un signal analogique représentatif dela tempé- rature des gaz d'échappement (TGE) du moteur à combustion in- terne Le signal de sortie du détecteur 20 de température est traité par un convertisseur A/N 24 qui fournit au point d'ac- cès d'entrée-12 du microprocesseur 10 un signal de sortie re- présentatif de la température des gaz d'échappement Ainsi, sous la commande du programme, le microprocesseur 10 peut, à tout moment, déterminer la température des gaz d'échappement du moteur. D'une manière semblable, le point d'accès de sortie 14. du microprocesseur 10 fournit un signal de sortie à un dispo- sitif 26 de pompage de carburant à débit variable qui pompe le carburant dans une source 28 de carburant et le refoule au moteur 30 Le débit de carburant effectif du-dispositif de pompage 26 est commandé par le microproceseur 10 par l'inter- médiaire de son accès de sortie 14 -Le dispositif 26 de pom- page de carburant est d'une construction classique et comporte, par exemple un moteur pas à pas 40,qui commande la position d'une soupape 42 de commande de débit - Sur la Fig 3 à laquelle on se référera maintenant, on a représenté un organigramme représentant le fonctionnement du dispositif de commande du débit de carburant de la présente invention A la suite de la mise en marche du-dispositif, à l'étape 48, le dispositif de commande du débit de carburant commande initialement la fourniture d'un mélange carburant/ air excessivement riche au moteur, à l'étape 50 Le disposi- tif produit le mélange carburant/air excessivement riche en appliquant sur son accès de sortie 14 au dispositif 26 de pom- page de carburant les signaux appropriés-nécessaires pour pro- voquer la fourniture d'un débit élevé de carburant au moteur 30 A l'étape 52, une valeur initiale de la température des gaz d'échappement, TGE 1, est préréglée à une valeur faible telle que zéro. A l'étape 54, la température efffective des gaz d'échappe- ment (TGE eff),telle que déterminée par le détecteur TGE 20, est lue par le microprocesseur 10 et attribuée à la valeur TGE A l'étape 56, la valeur de la température effective des gaz d'échappement, TGE 2, est comparée à la valeur TGE Etant donné que la valeur TGE 1 a été initialement préréglée à zéro lors de l'étape 52, lorsque l'étape 56 est exécutée pour la première fois, la valeur TGE 2 est toujours supérieure à la valeur TGE 1. Etant donné que la valeur TGE 2 est supérieure à la valeur TGE 1 à l'étape 56, l'étape 56 effectue un branchement à l'é- tape 58 au cours de laquelle le microprocesseur 10 réduit le débit de carburant fourni au moteur 30 d'un décrément prédé- terminé Le microprocesseur 10 provoque une telle décrémenta- tion du débit de carburant en appliquant sur son accès de sortie 14, le signal approprié au dispositif 26 de pompage à débit variable. A l'étape 60,la valeur TGE 2, c'est-à-dire la température des gaz d'échappement telle que déterminée au cours de l'étape 54, est attribuée à la variable TGE 1 et la commande du micro- processeur retourne à l'étape 54 au cours de laquelle la tem- pérature effective des gaz d'échappement est à nouveau déter- minée et attribuée à la variable TGE 2 Le dispositif de com- mande du débit de carburant comporte, en outre, un retard (non représenté) entre les étapes 58 et 54 pour permettre à la ré- duction du débit de carburant fourni au moteur produite à l'é- tape 58 d'avoir un effet lisible sur la température des gaz d'échappement du moteur avant que la température des gaz d'é- chappement soit à nouveau lue à l'étape 54. On peut voir à la lecture de ce qui précède que les étapes 54 à 60 sont répétées d'une manière itérative tant que la réduction du débit de carburant fourni au moteur à l'étape 58 produit un accroissement de la température des gaz d'échappe- ment Inversement, lorsque le décrément du débit de carburant produit une baisse de la température des gaz d'échappement, l'étape 56 effectue un branchement à l'étape 62 qui attribue la valeur de la dernière température des gaz d'échappement dé- terminée TGE 2 à'la variable TGE max, la valeur maximale de la température des gaz d'échappement. L'étape 64 réduit ensuite le débit de carburant fourni au moteur 30 d'un décrément prédéterminé Après un court retard, une étape 66 lit à nouveau la température effective des gaz d'échappement TG Eeff,telle que déterminée par le signal de sortie du détecteur 20 de température A -l'étape 68, la diffé- rence entre la température effective des gaz d'échappement TG Eeff et la valeur maximale de la température TGE Max est dé- terminée, et si cette différence est inférieure à une cons- tante K, les étapes 64 et 68 sont répétées d'une manière ité- rative. Comme on peut le voir à la lecture de ce qui précède, les étapes 64 à 68 diminuent de manière répétée le débit de car- burant fourni au moteur par décréments prédéterminés jusqu'à ce que la température des gaz d'échappement soit inférieure à la température maximale des gaz d'échappement d'une quantité prédéterminée, à savoir la constante K En outre, ce décalage de température K reste le même quelle que soit la valeur ef- fective de la température maximale des gaz d'échappement. Une fois que la différence entre la température effective des gaz d'échappement et la température maximale des gaz d'é- chappement est égale ou supérieure à la constante K, l'étape attribue la valeur en cours de la température des gaz d'é- chappement, telle que déterminée par le détecteur 20 de tem- pérature,au paramètre représentatif de la température des gaz d'échappement en régime stabilisé TGERS' Les étapes 72 et 74 lisent alors de manière réitérée la valeur de la tempéra- ture des gaz d'échappement et comparent la valeur TG Eeff en cours à la valeur TGE Dans le cas o la différence absolue RS entre la valeur TGERS et la valeur lue en cours de la tempé- rature des gaz d'échappement TGE eff dépasse un facteur d'er- reur prédéterminé Fe, le dispositif de commande de débit de carburant termine son intervention A ce moment, le moteur peut être entré dans une condition transitoire pendant la- quelle le dispositif de commande du débit de carburant-n'est plus utilisable Inversement, une fois que le moteur atteint à nouveau une condition de régime stabilisé, le dispositif de commande du débit de carburant de la présente invention est réinitialisé en commençant à l'étape 50 de la Fig 3. Sur la Fig 2 à laquelle on se référera maintenant, on a représenté le fonctionnement du dispositif de commande du débit de carburant de la présente invention, la ligne supé- rieure 80 en trait plein représentant la température effective des gaz d'échappement du moteur tandis que la ligne inférieure 82 en traits interrompus représente la consommation spécifique de carburant au frein (CSCF) du moteur Pour obtenir la con- sommation minimale de carburant, la courbe CSCF doit être à son niveau minimal. On se référera maintenant simultanément aux Fig 2 et 3. A l'étape 50, le dispositif de commande du débit établit ini- tialement la fourniture d'un mélange carburant/air excessive- ment riche par exemple 49 kg de carburant à l'heure comme re- présenté par la ligne de référence 90 (Fig 2) Les étapes 54 à 60 décrémentent ensuite le débit de carburant jusqu'à environ 38,5 kg/h comme représenté par la ligne de référence 92 (Fig 2) En outre, tandis que le débit de carburant est abaissé à 38,5 kg/h,la température des gaz d'échappement s'é- lève continuellement jusqu'à sa valeur maximale et, simulta- nément, la valeur CSCF diminue d'environ 0,230 kg par cheval au frein disponible ( 0,230 kg/CV Fdis) à l'heure à environ 0,188 kg/CV Fdis-heure. Dans l'exemple représenté sur la Fig 2, l'étape 62 attri- bue la valeur de 8270 C au paramètre TGE maxet les étapes 64 à 68 décrémentent ensuite de manière itérative le débit de car- burant fourni au moteur de décréments prédéterminés jusqu'à ce que la température des gaz d'échappement soit inférieure à la température des gaz d'échappement, à sa valeur maximale TGE, de la constante prédéterminée K Simultanément, la Max valeur CSCF diminue jusqu'à sa valeur minimale d' environ 0,179 kg/CV Fdis-h comme indiqué par la ligne de référence 94 (Fig 2) L'étape 70 attribue alors la température des gaz d'échappement au paramètre TGERS et les étapes 72 et 74 sont exécutées continuellement de manière itérative pour assurer que l'écart entre la température des gaz d'échappement et la valeur TGERS reste à l'intérieur de limites prédéterminées telles qu'établies par le facteur d'erreur F e Une caractéristique importante de la présente invention est que la valeur CSCF minimale est obtenue en réduisant le débit de carburant fourni au moteur jusqu'à ce que la tempé- rature-des gaz d'échappement soit inférieure à la valeur maxi- male d'une quantité prédéterminée quelle que soit la valeur effective-de la température maximale des gaz d'échappement. Par exemple, comme représenté sur la Fig 2, la température maximale des gaz d'échappement est égale à approximativement 8270 C tandis que la température TGER est égale à approximati- vement 8110 C de sorte que la constante K est égale à 160 C Si l'on suppose que, dans des conditions différentes, la tempé- rature maximale des gaz d'échappement atteint une valeur de 8370 C, le dispositif de commande du débit de carburant de la présente invention fonctionne pour réduire la température des gaz d'échappement à 821 'C afin d'obtenir la valeur CSCF mini- male En outre, une fois que la température des gaz d' échappe- ment a été réduite,par rapport à sa valeur maximale, de la constante prédéfinie K, le débit de-carburant fourni au moteur est maintenu à une valeur constante tant que la condition de régime stabilisé est maintenue. On peut constater à la lecture de la description qui pré- cède que le dispositif de commande du débit de carburant de la présente invention est-extrêmement avantageux en c e sens qu'il utilise un unique paramètre du moteur, la température des gaz d'échappement, pour réduire la consommation spécifique de carburant et obtenir ainsi les économies de carburant maxi- males pendant les conditions de fonctionnement du moteur en régime stabilisé Etant donné que le dispositif de la pré- sente invention n'utilise qu'un unique transducteur, le dis- positif de la présente invention peut être construit à bon marché tout en conservant une très grande fiabilité. On a décrit ci-dessus l'invention à des fins d'illustra- tion; cependant, de nombreuses modifications qui peuvent lui être apportées viendront immédiatement à l'esprit des spécia- listes de la technique intéressée, de telles modifications entrant dans l'esprit de l'invention telle que définie par la portée des revendications annexées. REVENDICATIONS 1 Un dispositif de commande du débit de carburant pour un moteur ( 30} à combustion interne caractérisé ence qu'il com- porte des moyens ( 20) pour détecter de manière répétée la température des gaz d'échappement du moteur, la température des gaz d'échappement diminuant à partir d'une valeur maxi- maie lorsque le mélange carburant/air fourni au moteur est soit enrichi, soit appauvri; des moyens pour assurer que le rapport carburant/air est initialement plus riche que le rap- port carburant/air correspondant à la température maximale des gaz d'échappement; des moyens pour déterminer ensuite la. température maximale des gaz d'échappement en diminuant de manière répétée le débit de carburant fourni au moteur de dé- crément de carburant prédéterminés jusqu'à ce que la tem- pérature des gaz d'échappement soit inférieure à la tempéra- ture des gaz d'échappement précédemment déterminée de sorte que le rapport carburant/air est inférieur àcelui qui corres- pond à la température maximale des gaz d'échappement; et des moyens pour diminuer ensuite le débit de carburant fourni au moteur par décréments prédéterminées jusqu'à ce que la tempé- rature des gaz d'échappement atteigne une température de ré- gime stabilisé, cette température de régime stabilisé étant égale à une température prédéterminée décalée par rapport à la température maximale des gaz d'échappement puis à mainte- nir ensuite la fourniture d'un débit constant au moteur. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre: des moyens pour comparer la tempé- rature des gaz d'échappement à la température de régim stabi- lisé, et des moyens pour arréter le fonctionnement du dispo- sitif de commande du débit carburant lorsque la comparaison dépasse un facteur d'erreur prédéterminé - 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens servant à diminuer le débit de carburant four- ni au moteur comprennent un moteur pas à pas ( 40) accouplé de manière opérante à une soupape ( 42) de commande du débit de carburant. 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour arrêter le fonctionnement du dispositif de commande du débit de carburant lorsque la tem- prature des gaz d'échappement s' écarte de la température de régime stabilisé d'une valeur supérieure à une valeur de tem- pérature prédéterminée. Un procédé pour commander le débit de carburant fourni à un moteur ( 30) ayant une source de carburant ( 28) et des moyens ( 26) pour fournir le carburant de la source au moteur à des débits variables, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste: a) à déterminer la valeur-delatempérature maximale des gaz d'échappement du moteur; b) à réduire en- suite le débit de carburant fourni au moteur par décréments de débit de carburant prédéterminés jusqu'à ce que la tempé- rature des gaz d'échappement atteigne une valeur de régime stabilisé, la valeur de régime stabilisé étant inférieure à la température maximale des gaz d'échappement d'une quantité prédéterminée; et c) à maintenir ensuite le débit de carbu- rant à sa valeur en cours. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, l'étape qui consiste à arrêter le procé- dé de commande du débit de carburant pendant une période de débit constant chaque fois que la température des gaz d'échap- pement s'écarte de la valeur de régime stabilisé d'une quan- tité supérieure à une température prédéterminée.