Brevet FR2523214A1 — publié le 19830916

i La présente invention concerne un procédé et Sun dispositif pour déterminer la position d'un piston dans le cylindre d'un moteur à mouvement alternatif, et en particu- lier le point de volume minimal du cylindre, appelé le point mort haut et désigné ci-après par PMI H. la connaissance de la position du P M H dans un moteur à mouvement alternatif est d'importance primordiale dans le réglage des conditions de distribution du moteur On la détermine généralement en introduisant une jauge de posi- tion rectiligne dans un cylindre respectif, avec l'allumage du moteur coupé, et en faisant tourner lentement le vilebre- quin jusqu'à ce que le piston atteigne sa limite supérieure dans le cylindre, qui correspond au P M H Pour permettre l'introduction de la jauge dans le cylindre, on doit pouvoir accéder à la tête du piston et ceci nécessite l'enlèvement d'éléments de la culasse Cette procédure connue est coûteu- se et prend beaucoup de temps. L'invention a donc pour but de procurer des moyens permettant de déterminer le P M H (ou touteautre position du piston) d'un moteur à mouvement alternatif, d'une manière simple mais très précise, c'est-à-dire sans qu'il soit né- cessaire d'agir sur la culasse pour effectuer des mesures directes par pénétration dans la chambre de combusion du-mo- teur. La vitesse de rotation du vilebrequin d'un moteur à mouvement alternatif qui tourne en l'absence d'explosions varie en fonction de la position du piston considéré dans un cylin- dre respectif du moteur Les composantes de force qui contri- buent à cette vitesse de rotation sont dues à des forces d'inertie déséquilibrées et à des effets de compression dans le cylindre qui sont superposés à ces forces De plus, dans un cycle de mouvement alternatif particulier, le piston con- somme de l'énergie pendant la course de compression et il ralentit ainsi avant le P M H, tandis que la course d'expan- sion provoque une accélération du piston après le P Mo H. Ainsi, dans un moteur à un seul cylindre, par exem- ple, la vitesse angulaire minimale de la rotation du vilebre- quin dans un cycle de mouvement alternatif donné correspond au P M H et au P M B (Point Mort Bas) et, inversement, la vitesse maximale correspond à la position mindiane du piston. Il apparatt donc qu'il serait possible de détermi- ner une condition de P M H en contrôlant simplement la vi- tesse de rotation du vilebrequin lorsque le moteur est en- traîné à vitesse constante en l'absence d'explosions,par exem- ple en employant un démarreur électrique agissant sur la denture de la couronne du volant du moteur. Cependant, l'utilisation pratique réelle d'une telle technique ne donne pas des résultats précis et ceci est dû de façon caractéristique au fait qu'on a trouvé que la vitesse de rotation minimale du volant apparaît à un point situé trois ou quatre degrés après le P M H, à une vitesse de rotation constante de 500 à 400 t/mn en l'absence d'exploecis. Ceci vient du fait que le dispositif particulier qu'on utilise pour entratner le moteur à une vitesse constante en l'absence d'explosions, par exemple un démarreur électrique à courant continu, comme mentionné cidessus, induit dans le vilebrequin une composante d'accélération déphasée, faisant apparaître le retard indiqué entre le passage au point mort haut et une condition de vitesse minimale. Pour compenser cette distorsion, on doit appliquer un facteur de compensation, dépendant de la vitesse, aux points correspondant aux vitesses de rotation maximale et minimale du vilebrequin, ce qui complique inutilement la pro- cédure. L'invention résout de problème en effectuant des mesures appropriées sur un moteur en décélération libre,en lab- sence dexplosions, à faible vitesse. L'invention consiste en un procédé de détermination de la position d'un piston dans le cylindre d'un moteur à mouvement alternatif, dans lequel on laisse décélérer le mo- teur jusqu'à l'arr 4 t, en l'absence d'explosions, et on mesure la décélération du moteur pendant le ralentissement jusqu'à l'arr 9 t, pour déterminer la variation de décélération qui correspond aux positions respectives du piston dans le cylindre, pendant un mouvement alternatif. L'avantage de ce procédé consiste en ce que du fait que le moteur décélère librement en l'absence d'explosions, les effets de distorsion dûs aux forces appliquées de façon ex- terne, qui sont nécessaires pour entra ner le moteur à vites- se constante, sont éliminés, et les minimums de vitesse qui sont atteints pendant le ralentissement du moteur correspondent alors avec précision à la position du point mort haut. On mesure avantageusement la vitesse de rotation du vilebrequin pour déterminer la décélération, de préférence en contrôlant la variation de la vitesse du mouvement de re- pères qui sont placés sur des moyens tournant avec le vile- brequin" et qui passent devant un point de détection donné. Les repères sont de préférence des dents consécu- tives sur le volant du moteur, ce qui procure des moyens ai- sément accessibles et utilisables pour contrôler en permanen- ce la vitesse de rotation du vilebrequin, en comptant simple- ment le nombre de dents qui passent devant le point de détec- tion pendant une certaine durée Du fait que le nombre de dents sur le volant est une quantité connue, on peut calculer de n'importe quelle manière appropriée la variation de la vi- tesse du vilebrequin, et donc une vitesse maximale et une vi- tesse minimale dans un cycle donné, et on peut déterminer la position en rotation du vilebrequin aux vitesses maximale et minimale (et à n'importe quelle vitesse intermédiaire), par rapport au point de détection. Lorsqu'on applique l'invention à un moteur à mouve- ment alternatif à plusieurs cylindres, il devient évidemment nécessaire de connattre à quel cylindre ou piston se rapporte n'importe quelle condition de vitesse minimale particulière correspondant à la vitesse de rotation contr 8 lée pour le vi- lebrequin, afin de pouvoir déterminer le P M H de ce piston. On accomplit avantageusement ceci en déterminant une position angulaire du vilebrequin par rapport au point de détection donné qui correspond approximativement à un évé- nement cyclique mesurable dans le cylindre considéré, dans le fonctionnement du moteur avec l'allumage en fonction. Ainsi, une condition approximative de P M H cor- respond par exemple à l'étincelle d'allumage dans un moteur à essence, et à l'instant d'injection forcée de carburant, coïncidant avec une impulsions dans le conduit de carburant, dans un moteur diesel, ces deux événements cycliques pouvant être déterminés par rapport à la vitesse du volant, en termes de position angulaire du volant. Une fois qu'on a établit cette position de référen- ce approchée, il est possible de rapporter au cylindre consi- déré toute condition ultérieure de vitesse minimale, par exemple du vilebrequin contrôlé pendant la décélération libre enl'absence d'explosions,du fait qu'une condition de vitesse minimale du vilebrequin pendant le ralentissement,qui se pro- duit le plus près de la position de référence qui constitue une approximation du P M H, sera clairement la condition de vitesse minimale concernant ce cylindre Ainsi, il suffit d'enregistrer seulement cette condition de vitesse minimale dans un cycle donné, tandis que toutes les autres valeurs ma- ximales et minimales, concernant d'autres pistons du moteur, sont négligées. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif destiné à déterminer la position d'un piston dans le cylindre d'un moteur à mouvement alternatif; et La figure 2 est un graphique de la vitesse angulai- re d'un vilebrequin en fonction de la position angulaire, par rapport à un point de détection donné, déterminé en utilisant le dispositif de la figure 1. En considérant la figure 1, on voit un piston 1 d'un moteur à mouvement alternatif à plusieurs cylindres, qui se déplace dans un cylindre 2 Le piston 1 est accouplé par une bielle 3 à un vilebrequin 4 qui porte un volant 5, de la manière normale. Un détecteur 6 est placé à coté du volant 5 pour détecter le passage des dents 5 ' sur le volant 5 lorsque le vilebrequin tourne. Un dispositif de comptage et de mesure de temps 7 est branché au détecteur 6 et réagit à des signaux qu'il re- çoit à partir du détecteur 6 en mesurant le temps écoulé en- tre le passage de dents adjacentes devant le détecteur 6 G Le dispositif de comptage et de mesure de temps 7 fournit des signaux de sortie de mesure de temps représenta- tifs qui sont ensuite appliqués à un circuit de traitement de signal programmable 8 Le circuit de traitement 8 déter- mine la vitesse angulaire du volant 5 à tout instant donné et la position angulaire correspondante du volant 5 (ou du vilebrequin), cette position angulaire étant déterminée par le nombre de dents comptées par le dispositif de comptage et de mesure de temps 7, qui sont passées devant le détecteur 6 avant que la condition de vitesse désirée apparaisse. Un détecteur 9 est placé entre le cylindre consi- déré 2 et le circuit de traitement de signal 8 Le détecteur 9 détermine un événement cyclique dans le cylindre 2 qui cor- respond à une position particulière du piston 1, et il appli- que un signal de sortie représentatif au circuit de traite- ment 8. Ainsi, par le fonctionnement conjoint du détecteur 6 et du détecteur 9, on peut déterminer la position angulaire du volant 5 à laquelle se produit l'événement cyclique repré- sentatif, et on peut l'enregistrer dans le circuit de traite- ment 8 pour fournir un point de référence pour le cylindre considéré. Ainsi, lorsqu'on utilise le dispositif de l'inven- tion, pour déterminer une condition de P M H, on choisit commodément ou de préférence, en tant qu'événement cyclique approprié, l'étincelle d'allumage dans le cas d'un moteur à essence, et l'instant d'injection de carburant dans le cas d'un moteur diesel, pendant le fonctionnement des moteurs avec explosions. De tels événements cycliques constituent des ap- proximations des conditions de P M H et ils procurent donc un moyen pour désigner le cylindre auquel on s'intéresse, avant une détermination précise du P M H de ce cylindre O Ensuite, lorsqu' on eupprime les explosions du moteur et on le laisse décélérer librement jusqu'à l'arr 4 t, le circuit de traitement 8 se verrouille uniquement sur les signaux pro- venant du dispositif de comptage et de rmesure de mps 7 qui correspondent au cylindre auquel on s'intéresse (ou il est capable de différencier les signaux provenant des différents cylindres), du fait que les vitesses minimales les plus pro- ches des points de référence pré-établis seront traitées, ou distinguées les unes des autres, si les divers cylindres du moteur sont contr 8 lés simultanément pour déterminer les ccn- ditions de P Mo H. On notera évidemment que si le dispositif est ap- pliqué à un moteur à un seul cylindre, le détecteur 9 n'est pas nécessaire. La figure 2 représente un signal caractéristique obtenu à partir d'un moteur à plusieurs cylindres en utili- sant le dispositif décrit ci-dessus, et elle montre les va- riations de la vitesse angulaire du volant, en fonction de la position angulaire du volant (c'est-à-dire le nombre de dents, par rapport à la position de détection qui est défi- nie par le détecteur 6). Chaque point successif d'un minimum sur la courbe correspond à des conditions de P M H dans les cylindres, dans la séquence d'explosions qui est représentée. Ainsi, la condition de P M H pour le cylindre de référence l auquel on s'intéresse est, dans l'exemple repré- senté, prise de façon à être la position angulaire du volant qui correspond à la vitesse minimale atteinte par le volant juste avant que le moteur s'arrete finalement, c'est-à-dire le point 1 (P M H) en abscisse sur le graphique. De façon similaire, comme le montre le signal re- présenté à titre d'exemple sur la figure 2, les conditions de P M H pour les cylindres 2 et 4 se trouvent au point qui correspond au minimum sur les courbes de vitesse obtenues pour ces cylindres. La simplicité du dispositif décrit, en comparaison de l'art antérieur, appara t clairement, et ce dispositif se prête à l'utilisation aussi bien par les constructeurs de moteurs que dans les ateliers des garages ou par les posses- seurs d'automobiles qui désirent effectuer de tels tests eux- mêmes. Des variantes dans les éléments constitutifs du dispositif utilisé pour mettre en oeuvre l'invention, de la manière décrite, ainsi que dans le procédé pour accomplir les opérations qui interviennent, apparaîtront à l'homme de l'art Par exemple, il n'est pas essentiel d'utiliser le volant du moteur pour déterminer la vitesse du vilebrequin. A titre d'alternative, des engrenages entraînés par le vile- brequin ou l'arbre à cames procureraient des repères de ré- férence appropriés De plus, des capteurs de vitesse de sur- face fourniraient des données équivalentes à celles du dispo- sitif de mesure de temps incrémentiel qui est constitué par le détecteur 6 et le dispositif de comptage et de mesure de temps 7 à- Il va de soi que de nombreuses autres modifications peuvent 4 tre apportées au procédé et au dispositif décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDIOATIONS 1 Procédé de détermination de la position d'un piston dans le cylindre d'un moteur à mouvement alternatif, caractérisé en ce qu'on laisse décélérer le moteur jusqu'à l'arrêt en l'absence d'explosions, et on mesure la dé- célération du moteur pendant le ralentissement jusqu'à l'ar- rêt, pour déterminer la variation de décélération qui cor- respond à des positions respectives du piston dans le cylin- dre pendant un mouvement alternatif. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mesure la décélération en contrôlant la vitesse de rotation du vilebrequin du moteur. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on mesure des vitesses de rotation minimales succes- sives du vilebrequin correspondant aux deux extrémités oppo- sées du mouvement du piston dans le cylindre. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on mesure la vitesse de rotation du vilebrequin en déterminant la vitesse du mouve- ment de dents adjacentes sur un volant du moteur, qui passent devant un point de détection donné. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on contrôle les dents du volant pour déterminer la position d'une dent respective par rapport à une position de dent de référence, correspondant à une position angulaire particulière du volant. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce qu'on contr 8 le un élément as- socié à un événement cyclique du moteur pour procurer une identification du cylindre considéré, dans un moteur à mou- vement alternatif à plusieurs cylindres, auquel se rapporte la décélération mesurée pendant le ralentissement en l'ab- sence d'explosions. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'événement cyclique est une étincelle d'allumage dans un mode de fonctionnement d'un moteur à essence avec explosions. 8 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'événement cyclique est le point d'injection de carburant dans un mode de fonctionnement d'un moteur diesel avec explosions. 9 Dispositif de détermination de la position d'un piston dans le cylindre d'un moteur à mouvement alternatif, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection destinés à détecter la vitesse du moteur pendant le ralentis- sement dans un mode de fonctionnement sans explosions,et des moyens de traitement qui réagissent à des signaux provenant des moyens de détection de façon à déterminer la variation de la vitesse du moteur pendant le ralentissement jusqu'à l'arrêt, qui correspond à des positions respectives du pis- ton dans le cylindre pendant un mouvement alternatif. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection supplémentaires qui produisent des signaux destinés à être enregistrés dans les moyens de traitement et qui sont représentatifs d'un élément associé à un événement cyclique du moteur pendant le mode de fonctionnement de celui-ci avec explosions,de façon à procurer une identification, dans les moyens de traitement, du cylindre considéré, dans un moteur à plusieurs cylindres, auquel se rapportent les signaux provenant des moyens de dé- tection mentionnés en premier.