Brevet FR2533316A1 — publié le 19840323

La présente invention concerne une méthode et des dispositifs à réponse rapide permettant de déceler une mauvaise combustion, et d'as- surer notamment le réglage automatique de la richesse d'alimentation et/ou du taux de recyclage des gaz d'échappement et/ou de l'allumage d'un moteur à allumage commandé. D'une manière plus particulière, l'invention concerne des dispositifs à réponse rapide s'adaptant aux conduits d'échappement des moteurs à combustion interne, ces dispositifs permettant d'assurer une régulation électronique de la richesse d'alimentation du taux de recy- clage des gaz d'échappement et de l'allumage, dans le cas d'un moteur à allumage commandé. Un objet essentiel de l'invention est de déceler la mauvaise combustion du mélange carburant/air dans un moteur, que cette mauvaise combustion soit due à une combustion tardive, incomplète, qu'elle résulte de l'emploi d'un mélange air-carburant pauvre en carburant, ou encore d'une trop grande dilution du mélange air-carburant par les gaz d'échap- pement. Cet objectif est atteint, selon l'invention en mesurant un pa- ramètre des gaz effluents du moteur, ce paramètre pouvant être direc- tement associé à la mauvaise combustion du mélange air-carburant, plus particulièrement lorsqu'on utilise un mélange air-carburant de faible richesse (mélange pauvre), lorsque le mélange air-carburant est for- tement dilué par recyclage des gaz d'échappement, ou dans le cas du cliquetis. Dans un moteur à combustion interne, le temps de réponse pourra être réduit au minimum en effectuant la mesure à proximité immédiate de l'orifice d'échappement de chaque cylindre. 253331 6 On utilisera avantageusement comme "traceur" caractérisant la mauvaise combustion, les composés aromatiques (benzène, toluène, etc) contenus dans l'essence, l'accroissement du taux de ces composés dans les gaz d'échappement traduisant une combustion imparfaite. Ces composés aromatiques présentent la propriété particulière d'absorber le rayonnement ultra-violet et cette propriété est mise à profit dans la méthode selon l'invention. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en ajoutant au carburant et/ou à l'air de combustion, avant l'entrée dans la chambre de combustion, d'autres composés absorbant le rayonnement ultra-violet et normalement détruits par la combustion, la présence ou l'accroissement de ces composés dans les gaz d'échappement traduisant alors une mauvaise combustion. Ces autres composés seront, par exemple, des composés à grou- pements chromophores linéaires ou cycliques et plus particulièrement les diènes et polyènes conjugués, les OX-dicétones, ou les cétones ou aldéhydes î ( 3 insaturées, les polyènes carbonyl ou dicarbonyl conjugués, les groupements poly-ynes ou poly(ènes-ynes) conjugués, ou des composés azotés, etc à doubles liaisons conjuguées. La méthode mise en oeuvre pour le contrôle à réponse rapide des effluents gazeux d'une chambre de combustion est caractérisée en ce qu'on émet un rayonnement ultra-violet vers une zone de volume réduit parcourue par les effluents à leur sortie de la chambre de combustion, on reçoit une partie au moins du rayonnement ultra-violet ayant traversé ladite zone et on mesure le degré d'absorption du rayonnement ultra- violet par un composé chimique contenu dans les effluents gazeux. Dans son application au contrôle automatique de la combustion dans un moteur à combustion interne, la méthode selon l'invention se caractérise en ce qu'on commande la richesse d'alimentation du moteur, et/ou le taux de recyclage des gaz d'échappement et/ou l'avance à l'allumage en fonction du degré d'absorption du rayonnement ultra-violet mesuré sur les gaz d'échappement. 25333 1 6 Un dispositif selon l'invention comporte en combinaison un premier système optique émettant un rayonnement ultra-violet vers une zone de volume réduit parcourue par les effluents à leur sortie de la chambre de combustion, un second système optique séparé du premier par ladite zone, ce second système optique étant disposé de façon à recevoir une partie au moins du rayonnement ultra-violet ayant traversé ladite zone et étant associé à un organe de mesure de l'absorption du rayonne- ment ultra-violet par un composé chimique contenu dans les effluents gazeux, et en ce que lesdits systèmes optiques sont munis de conduits d'admission d'un fluide de refroidissement de ces systèmes et de nettoyage de leurs parois situées au contact -des effluents. Des exemples non limitatifs de réalisation de l'invention sont illustrés schématiquement par les dessins annexés, o les figures 1 à 3 représentent des exemples d'agencement d'un dispositif selon l'invention, la figure 4 montre schématiquement un ensemble de commande élec- tronique de la richesse d'alimentation comprenant un dispositif de mesure du degré d'absorption des rayons ultra-violets par les gaz d'échappement. Les figures 1 à 3 montrent schématiquement des exemples d'agen- cement de dispositifs à réponse rapide mesurant le degré d'absorption des rayons ultra-violets par les gaz d'échappement d'uh moteur. Ces dispositifs sont intercalés entre le collecteur d'échappe- ment 1 du moteur et le tube d'échappement 2, cependant on ne sortirait pas du cadre de l'invention en plaçant les organes de mesure du degré d'absorption directement sur le collecteur d'échappement, afin de réduire au minimum le temps de réponse de la mesure. Un premier système optique 3 émet un rayonnement ultra-violet vers une zone de volume réduit 4 parcourue par les effluents gazeux du moteur à leur sortie de la chambre de combustion. 253331 6 Unsecond système optique 5, séparé du premier par la zone 4, est disposé de façon à recevoir une partie au moins du rayonnement ultra-violet ayant traversé cette zone. La zone 4 est de volume très réduit de façon à limiter la durée de son balayage par les gaz et par suite, le temps de réponse du dispositif. Le premier système optique 3, représenté schématiquement en coupe sur la figure 3, comprend une source 6 émettrice de rayonnement ultra-violet et un collimateur 7. Il comporte un conduit 8 d'admission d'air ou de tout autre gaz de nettoyage et de refroidissement du collimateur 7, afin notamment d'éviter que celui-ci ne se salisse au contact des gaz d'échappement. Le second système 5 comprend une lentille de focalisation 9 munie d'un filtre éliminant les longueurs d'onde autres que celles sus- ceptibles d'être absorbées par le "traceur" (ce filtre pourrait également être adjoint au collimateur 7). Un conduit 10 permet d'admettre de l'air ou tout autre gaz de nettoyage et de refroidissement de la lentille de focalisation. Un organe de détection approprié 11 reçoit les radiations ultra-violettes ayant traversé la lentille 9 et délivre un signal élec- trique variant avec le degré d'absorption de ces radiations par les gaz d'échappement s'écoulant à travers la zone 4. L'injection d'air par les conduits 8 et 10 permettra également d'éliminer la condensation sur les sytèmes optiques au démarrage. La température des systèmes 3 et 5 pourra éventuellement être contrôlée par thermostatation à l'aide du circuit de refroidissement du moteur. 25333 1 6 Pour une source d'émission UV donnée la longueur du trajet optique à travers les effluents qui est nécessaire à une bonne détection dépend du flux lumineux traversant ces effluents, de la concentration du composé, ou "traceur", détecté, de son coefficient d'absorption, ainsi que de la sensiblité du détecteur Il, Les configurations adoptées selon les figures 2 et 3 présentent l'avantage de réduire la fraction de la zone 4 dans laquelle les gaz d'échappement sont soumis à une certaine dilution par le fluide de nettoyage et de refroidissement introduit par les conduits 8 et 10 En effet, lorsqu'on utilise l'un ou l'autre des modes de réalisation illustrés par les figures 2 et 3, ce fluide ne dilue qu'une partie de l'écoulement gazeux. Il sera possible, sans sortir pour autant du cadre de l'in- vention de supprimer dans les dispositifs précédents le collimateur 7 du système 3, en ne conservant dans ce dernier que la source 6 émettant le rayonnement ultra-violet et/ou de supprimer le filtre du système 5 en ne conservant dans ce dernier que la lentille de focalisation 9. La figure 4 représente schématiquement un tel dispositif de détection à réponse rapide adapté à un moteur à combustion interne M comportant un conduit d'admission A et une canalisation d'échappement E et des organes de réglage pouvant être de types connus et dont chacun est adapté à être actionné par un signal électrique de commande. Ces organes pourront comprendre un ou plusieurs des organes suivants organe R de réglage de la richesse d'alimentation (cet organe de réglage pourra par exemple agir sur le degré d'ouverture du papillon d'admission d'air ou/et sur le diamètre de la brise d'admission) 253331 6 organe T, tel qu'une électro-vanne, permettant le réglage du taux de recyclage des gaz d'échappement dans le cas o le moteur comporte une canalisation de recyclage (dessinée en tirets sur la figure 4) qui est traversée par un débit fonction du degré d'ou- verture de la vanne T; organe S de réglage de l'avance à l'allumage, dans le cas d'un moteur à allumage commandé organe I de commande de l'instant d'injection ou/et de la quantité de combustible injectée, dans le cas d'un moteur à injection. Selon l'invention, un dispositif de détection de l'absorption du rayonnement ultra-violet ou capteur C (comprenant les systèmes optiques- 3 et 5), tel que décrit plus haut, est placé sur la canalisation d'échap- pement E, de préférence aussi près que possible de l'orifice ou des ori- fices d'échappement du moteur. Ce capteur C produit un signal électrique représentatif de la teneur des gaz d'échappement en "traceur" (tel que défini ci-dessus) non détruit par la combustion. Le rapport de cette teneur à la teneur en "traceur" à l'admis- sion augmente lorsque la combustion devient mauvaise, par exemple lors de l'utilisation d'un mélange trop pauvre et le signal électrique émanant du capteur C est transmis par l'intermédiaire d'un micro-processeur MP à l'un au moins des organes R, T, S, I définis ci-dessus de façon à réali- ser une commande ou un asservissement de ces organes (en boucle ouverte ou fermée) à la teneur en "traceur" ainsi détecté, cet asservissement tendant à maintenir ladite teneur à une valeur minimale. 253331 6 R E V E N D I C A T I 0 N S 1 Méthode permettant de déceler une mauvaise combustion par le contrôle à réponse rapide des effluents gazeux issus d'une chambre de combustion, caractérisée en ce qu'on émet un rayonnement ultra-violet vers une zone de volume réduit parcourue par les effluents à leur sortie de la chambre de combustion, on reçoit une partie au moins du rayonnement ultra-violet ayant traversé ladite zone et on mesure le degré d'absorption du rayon- nement ultra-violet par un composé chimique contenu dans les effluents gazeux. 2 Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on ajoute au combustible et/ou à l'air de combustion, avant l'entrée dans la chambre de combustion, des composés absorbant le rayonnement ultra- violet, ces composés étant normalement détruits par la combustion 3 Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caracté- risée en ce que l'on effectue la mesure dans une zone située à proximité immédiate de la chambre de combustion. 4 Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, appliquée au contrôle des effluents gazeux d'un moteur à combustion interne, caractérisée en ce qu'on commande la richesse d'alimentation du moteur en fonction du degré d'absorption du rayonnement ultra-violet mesuré sur les gaz d'échappement. 5 Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, appliquée au contrôle des effluents gazeux d'un moteur à combustion interne, caractérisée en ce qu'on commande le taux de recyclage des gaz d'échap- pement en fonction du degré d'absorption du rayonnement ultra-violet mesuré sur les gaz d'échappement. 6 Méthode selon l'une quelconque des revendications là 5, appliquée au contrôle des effluents gazeux d'un moteur à combustion interne à allumage commandé, caractérisée en ce qu'on commande l'allumage du moteur en fonction du degré d'absorption du rayonnement ultra-violet mesuré sur les gaz d'échappement. 225333 1 6 7 Méthode selon l'une quelconque des revendications l à 6, appliquée au controle des effluents gazeux d'un moteur à combustion interne à injection, caractérisée en ce qu'on commande l'injection du combustible en fontion du degré d'absorption du rayonnement ultra-violet mesuré sur les gaz d'échappement. 8 Dispositif à réponse rapide permettant de déceler une mauvaise com- bustion par le contrôle d'effluents gazeux issus d'une chambre de combus- tion, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison un premier système optique émettant un rayonnement ultra-violet vers une zone de volume réduit parcourue par les effluents à leur sortie de la chambre de combus- tion, un second système optique séparé du premier par ladite zone, ce second système optique étant disposé de façon à recevoir une partie au moins du rayonnement ultra-violet ayant traversé ladite zone et étant associé à un organe de mesure de l'absorption du rayonnement ultra- violet par un composé chimique contenu dans les effluents gazeux, et en ce que lesdits systèmes optiques sont munis de conduits d'admission d'un gaz de refroidissement de ces systèmes et de nettoyage de leurs parois situées au contact des effluents. 9 Dispositif selon la revendication 8, adapté à un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que lesdits systèmes optiques sont disposés au contact des gaz d'échappement du moteur, à proximité immédiate des orifices d'échappement de celui-ci. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, adapté à un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que ledit organe de mesure de l'absorption du rayonnement ultra-violet est relié à un organe de réglage de la richesse d'alimentation du moteur. 11 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, adapté à un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que ledit organe de mesure de l'absorption du rayonnement ultra-violet est relié à un organe de réglage du taux de recyclage des gaz d'échappement. 12 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, adapté à un moteur à combustion interne à allumage commandé, caractérisé 25333 1 6 en ce que ledit organe de mesure de l'absorption du rayonnement ultra- violet est relié à un organe de réglage de l'allumage du moteur. 13 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, adapté à un moteur à combustion interne à injection, caractérisé en ce que ledit organe de mesure de l'absorption du rayonnement ultra-violet est relié à un organe de réglage de l'injection du combustible. 4.