Brevet FR2542092A1 — publié le 19840907

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour déterminer la composition d'un mélange alcool-essence, adaptés au ré- glage automatique de moteurs alimentés en mélanges combustibles de teneur en alcool variable. Afin de pouvoir utiliser les divers types de carburants qui seront mis sur le marché dans l'avenir, les moteurs souples utilisant des polycarburants devront posséder un système intégré permettant l'adap- tation aux différents carburants, ou aux mélanges des diverses formula- tions de carburants, d'une part, et le réglage automatique de la riches- se et de l'allumage, d'autre part. L'objet essentiel de la présente invention est de répondre à ces différents impératifs. Pour résoudre le problème ainsi posé,-'invention met en oeuvre un procédé pour déterminer la composition d'un mélange alcool-essence, dans lequel on émet un faisceau lumineux à travers le mélange et on détermi- ne le degré d'absorption de ce faisceau par le mélange pour au moins une longueur d'onde choisie dans l'intervalle de longueur d'onde correspon- dant au proche infra-rouge, ce degré d'absorption étant lié à la teneur en alcool du mélange. On entend par proche infra-rouge la zone du spectre de la lumière correspondant à une longueur d'onde comprise entre 0,7 et 1,7 micron ( 700 à l 700 manomètres). D'une manière plus particulière,l'invention fournit un procédé de réglage automatique des paramètres de fonctionnement d'un moteur à combustion alimenté en mélange alcool-essence, dans lequel on émet un faisceau lumineux à travers le mélange alimentant le moteur, on déter- 2- mine le degré d'absorption de ce faisceau par le mélange dans une bande de longueur d'onde choisie dans l'intervalle de longueur d'onde correspondant au proche infra-rouge et on commande le réglage des para- mètres de fonctionnement du moteur en fonction du degré d'absorption ainsi mesuré. Suivant un premier mode de réalisation de l'invention, on déter- mine le degré d'absorption pour une longueur d'onde comprise entre 900 et 1 000 manomètres ( 1 nanomètre = 10 mètre). Suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention, on déter- mine le degré d'absorption pour une longueur d'onde comprise entre 1450 et 1 600 nanomètres. L'invention concerne également un dispositif utilisable pour le réglage automatique d'au moins un paramètre de fonctionnement-d'une unité de combustion telle qu'un moteur, alimentée en mélange alcool- air essence, tel que le rapport cburt de l'alimentation, l'avance à l'allumage, le taux de recyclage des gaz imbrûlés, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur comprenant une source lumineuse qui émet un faisceau lumineux à travers une cellule parcourue par le mélange alimen- tant le moteur, et un organe de mesure du degré d'absorption de ce faisceau par le mélange parcourant la cellule pour au moins une lon- gueur d'onde choisie dans l'intervalle de longueur d'onde correspon- dant au proche infra-rouge, cet organe de mesure délivrant un signal fonction du degré d'absorption mesuré. L'invention concerne plus spécialement un dispositif tel que défi- ni ci-dessus, dans lequel ledit organe de mesure est relié à des moyens d'ajustement d'au moins un paramètre de fonctionnement d'un moteur en fonction dudit signal délivré par ledit organe de mesure. Selon un mode particulier de réalisation, ce dispositif est carac- térisé en ce que ledit capteur est disposé en série avec une pompe à carburant sur la canalisation d'alimentation reliant le réservoir de combustible au moteur, en ce que le réservoir comporte une jauge à 3 combustible adaptée à produire un signal traduisant un accroissement de volume de combustible dans le réservoir, et en ce qu'une vanne de dérivation vers une canalisation de retour au réservoir est disposée sur la canalisation d'alimentation et connectée à des moyens de comman- de de la dérivation, ces moyens de commande étant adaptés à être déclenchés pendant un intervalle de temps déterminé, à la réception d'un signal de commande délivré par la jauge et lié à un accroissement du volume de combustible dans le réservoir, L'invention est illustrée par les dessins annexés o la figure 1 est une vue schématique d'ensemble d'un dispositif selon l'invention adapté au réglage automatique du fonctionnement d'un moteur à combustion interne, la figure 2 illustre un mode de réalisation du capteur servant à mesurer la composition du mélange combustible, la figure 3 montre schématiquement les circuits électriques associés à ce capteur, la figure 4 montre la courbe d'émission d'une photo-diode électrolumines- cente pouvant être utilisée dans le dispositif selon l'invention, la figure 5 montre le pourcentage de transmission de la lumière, pour différents constituants de mélanges combustibles, en fonction de la lon- gueur d'onde, et la figure 6 représente un exemple de courbe d'étalonnage d'un organe de mesure tel que celui illustré par la figure 3. Les dessins annexés illustrent un exemple de réalisation de l'inven- tion. Sur la figure 1, illustrant schématiquement un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la référence M désigne un moteur alimenté en -4 carburant à partir du réservoir 1 à travers la canalisation 2, sur laquelle est placée la pompe à essence P et le dispositif 3 permettant de déterminer la teneur en alcool du carburant le niveau de carburant dans le réservoir 1 est mesuré par la jauge 4 L'alimentation en air s'effectue à partir du filtre à air 5 par une canalisation 6 traver Q sant un réchauffeur 7 et sur laquelle est placée une électro-xvanne 8 permettant de régler le débit d'air Ce débit est mesuré par le capteur 9 D'autres capteurs 10 et 11, coopérant avec un volant 12 entrainé en rotation par le moteur, déterminent respectivement le régime de rotation du moteur et le passage du piston au point mort haut dans chaque cylin- dre à chaque cycle-moteur. Un capteur de combustion 13 détermine les cycles de combustion anormaux o apparait le phénomène de cliquetis. Une sonde 14 placée sur les gaz d'échappement détermine si ces gaz proviennent de la combustion d'un mélange stoechiométrique, carburant/air. Les indications des différents capteurs mentionnés ci-dessus et schématisés par la lettre C sur les dessins sont transmises à un organe de traitement automatique des données (Calc),du type microprocesseurqui délivre des signaux de réglage à l'électro-vanne 8 et à un organe 15 de commande du circuit drallumage 16 du moteur. L'organe de traitement automatique des données (Calc) poufra être adapté à ajuster automatiquement l'avance à l'allumage à une valeur optimale évitant l'apparition du cliquetis, en fonction des signaux reçus, en particulier, des capteurs 10, 11 et 13 > par exemple selon le procédé décrit dans le brevet US 4,120,272. Le capteur 3 mesurant le taux d'alcool dans le carburant transmet son signal de mesure au calculateur (Calc) par l'intermédiaire du conducteur 18. Cette mesure peut être effectuée soit en continu, soit en discontinu. Dans ce dernier cas, la dernière mesure effectuée est gardée en mémoire par le calculateur, une nouvelle mesure étant réalisée après chaque nouveau ravitaillement du réservoir 1. -5- A cet effet, la jauge 4 peut être adaptée à délivrer un signal à des moyens de commande associés au calculateur à chaque accroissement du niveau de combustible dans le réservoir 1. Le calculateur actionne alors, par l'intermédiaire d conducteur 19, une électro-vanne à trois voies 20, placée sur la canalisation d'alimentation 2 à la sortie de la pompe P, cette électro-vanne ouvrant une dérivation 21 reliée au réservoir 1, de façon à faire circuler le combustible en circuit fermé, suivant la canalisation 2 et la canalisa- sation 21 de retour au réservoir, pendant un intervalle de temps déter- miné ( 1 à 2 minutes par exemple) défini par le calculateur. Cette opération permet d'obtenir une homogénéisation des compositions de combustible dans le réservoir 1 et la canalisation et, à l'expiration du délai fixé, le calculateur transmet à l'électro-vanne 20 un signal commandant la fermeture de la dérivation vers la canalisation 21 de retour au réservoir et permettant l'alimentation du moteur en combustible. La mesure du taux d'alcool effectuée par le capteur 3 et transmise par le conducteur 18 est alors enregistrée par le calculateur, o elle remplace la valeur antérieurement mémorisée par celui-ci, à l'issue du précédent ravitaillement du réservoir 1 en combustible. Il serait également possible de disposer le capteur 3 sur la canali- sation 21. Sur la figure 2 illustrant un mode de réalisation du capteur 3 servant à déterminer la composition du mélange combustible, la référence 22 désigne le corps de ce capteur, constitué d'un bloc en alliage léger Ce bloc est percé d'un alésage 23 dans lequel est logée une source lumineuse 24 pouvant être constituée d'une photo-diode électroluminescente du type LEDME 7124 de General Instrument émettant un faisceau lumineux 25 dans l'infra-rouge (longueur d'onde moyenne 940 manomètres) Ce faisceau est divisé en deux par une lame séparatrice 26 à faces parallèlessemiréfléchissanteportée par un support 27 situé à l'intersection de deux autres alésages 28 et 29 du bloc 22 Les axes de ces deux alésages sont perpendiculaires, l'axe de l'alésage 28 coïncidant avec celui de l'alésage 23. 6- Une partie du faisceau 25 est réfléchie vers un premier photo- transistor 30 à travers une cellule de mesure 31 Cette cellule de mesure 31, munie d'une fenêtre 32 en matériau-n'absorbant que faible- ment les radiations émises, comporte des tubulures d'entrée et de sortie, 33 et 34 respectivement, raccordées à-la canalisation 2 du cir- cuit d'alimentation du moteur en combustible, de manière à être par- courue par le mélange alcool-essence alimentant le moteur Un filtre 37 est placé sur la tubulure d'entrée du capteur (figure 3). L'autre partie du faisceau 25 traverse sans déviation la lame séparatrice 26 et atteint un second photo-transistor 35 à travers une cellule 36 munie de la fenêtre 38 et,-semblable à la cellule de mesure, mais renfermant un liquide de référence de composition connue, par exemple du méthanol pur CH 3 OH La composition des degrés respectifs d'absorption du rayonnement par le liquide parcourant la cellule de mesure 31 et par le liquide contenu dans la cellule de référence 36 peut être réalisée au moyen d'un amplificateur différentiel 39 dont les deux entrées sont respectivement reliées aux photo-transistors 30 et 35 (Fig 3). Le signal de mesure S délivré par l'amplificateur différentiel 39 est transmis au calculateur par l'intermédiaire du conducteur 18. La figure 3, sur laquelle la référence +V désigne une source de tension électrique (par exemple de 10 Volts), montre par ailleurs schématiquement comment peut être réalisée une régulation automatique du flux lumineux produit par la photo-diode émettrice 24. A cet effet un amplificateur du type suiveur A est connecté a l'émetteur du photo-transistor de référence 35 Le signal de sortie de ce suiveur, qui est appliqué à i'une des deux entrées de l'ampli- ficateur différentiel 39 est transmis à une première borne d'entrée d'un système d'asservissement comprenant un amplificateur opérationnel A dont la seconde borne d'entrée est portée à une tension électrique de référence VR La borne de sortie de l'amplificateur opérationnel A est connectée par l'intermédiaire d'un suiveur A 2 à la base d'un transistor dont l'émetteur est connecté à la diode émettrice 24. -7- Le fonctionnement de ce système de régulation est le suivant: si la tension-électrique délivrée par le photo-transistor 35 associé à la cellule de référence 36 diminue (par suite du vieillissement de la diode 24, ou d'une salissure de la fenêtre de la cellule de référence 36), l'amplificateur opérationnel A commande, en fonction de la diffé- rence entre cette tension et la tension de référence VR, une augmen- tation de la tension d'alimentation de la diode émettrice 24 de façon à rétablir au niveau choisi le flux lumineux émis par cette diode. La figure 4 montre la courbe d'émission caractéristique d'une photo- diode (photo-diode I R ME 7124) pouvant être utilisée pour constituer la diode émettrice 24 du capteur 3 Sur cette figure on a indiqué en abscisses la longueur d'onde À en nanomètres,l'émission relative ER étant portée en ordonnées. La figure 5 montre le pourcentage de transmission de la lumière pour différents constituants de mélanges combustibles en fonction de la lon- gueur d'onde X en nanomètres. Le signal de mesure S délivré par l'amplificateur différentiel 39 est proportionnel à la différence des signaux d'entrée Le zéro de cet amplificateur est ajusté lorsque les deux cellules 31 et 36 contiennent toutes deux le liquide de référence (CH 3 OH) et le réglage de gain de cet amplificateur 39 pour la pleine échelle est effectué lorsque la cellule de mesure 31 contient de l'essence pure, la cellule de référence 36 contenant toujours du méthanol pur. La figure 6 représente un exemple de courbe d'étalonnage d'un capteur tel que celui illustré par la figure 3. Cette courbe donne la valeur du signal de mesure S transmis au calculateur (Calc) en fonction du pourcentage de méthanol CH 3 OH. _ 8-_ A titre d'exemple, pour des carburants constitués de mélanges méthanol-essence, si V 1 désigne le volume de mélange 1 de densité D contenu dans le réservoir avant le ravitaillement effectué à la station- service et si V 2 désigne le volume de mélange 2 délivré par la pompe, (A/F)1 et (A/F)2 étant les rapports stoechiométriques caractéristiques des mélanges 1 et 2 respectivement, les valeurs V 3, D 3 et (A/F)3 du mélange 3 résultant obtenu dans le réservoir sont liées aux précédentes par les relations volumétriques: V 1 D 1 (A/F)1 + V 2 D 2 (A/F)2 = V 3 D 3 (A/F)3 ( 1) avec V 1 + V 2 V 3 (à 0,4 % près) ( 2) et V D + V D 1 2 _ 2 __________'13 ( 3) V + V 2 1 2 L'organe (Calc) de traitement automatique des données peut être adapté à déterminer, après chaque ravitaillement, les valeurs (A/F)3, V 3 et D 3 du mélange 3 résultant sur la base des trois relations ( 1), ( 2) et ( 3) ci-dessus à partir des valeurs (A/F)1, V 1 et D 1 initiales et des valeurs (A/F)2, V 2 et D 2 caractérisant le ravitaillement effec- tué. -9- R E V E N D I C A T I 0 N S 1 Procédé pour déterminer la composition d'un mélange alcool-essence, caractérisé en ce que l'on émet un faisceau lumineux à travers le mélange et on détermine le degré d'absorption de ce faisceau par le mélange pour au moins une longueur d'onde choisie dans l'intervalle de longueur d'onde correspondant au proche infra-rouge, ce degré d'absorption étant lié à la teneur en alcool du mélange. 2 Procédé de réglage automatique des paramètres de fonctionnement d'un moteur à combustion alimenté en mélange alcool-essence, caractérisé en ce que l'on émet un faisceau lumineux à travers le mélange alimentant le moteur, on détermine le degré d'absorption de ce faisceau par le mélange dans une bande de longueurs d'onde choisie dans l'intervalle de longueur d'onde correspondant au proche infra-rouge et on commande le réglage des paramètres de fonctionnement du moteur en fonction du degré d'absorption ainsi mesuré. 3 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,-caractérisé en ce que l'on détermine le degré d'absorption pour une longueur d'onde comprise entre 900 et 1000 nanomètres. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on détermine le degré d'absorption pour une longueur d'onde comprise entre 1450 et 1600 manomètres. 5 Dispositif utilisable pour le réglage automatique d'au moins un paramètre de fonctionnement d'une unité de combustion telle qu'un mo- teur, alimentée en mélange alcool-essence, tel que le rapport abrt de l'alimentation, l'avance à l'allumage, le taux de recyclage des gaz imbrûlés, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur ( 3) comprenant une source lumineuse ( 24), émettant un faisceau lumineux à travers une cellule parcourue par le mélange alimentant ladite unité de combustion ( 31) et un organe de mesure ( 39) du degré d'absorption de ce faisceau par le mélange parcourant la cellule pour au moins une longueur d'onde choisie dans l'intervalle de longueur d'onde correspondant au proche infra-rouge, cet organe de mesure ( 39) délivrant un signal (s) fonction du degré d'absorption mesuré. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit organe de mesure ( 39) est relié à des moyens (Calc) d'ajustement d'au moins un paramètre de fonctionnement d'un moteur, en fonction dudit signal (s) délivré par ledit organe de mesure ( 39). la 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit capteur ( 3) est disposé en série avec une pompe à carburant (P) sur la canalisation d'alimentation ( 2) reliant le réservoir de combustible ( 1) au moteur (M), en ce que le réservoir ( 1) comporte une jauge à combus- tible ( 4) adaptée à produire un signal traduisant un accroissement de volume de combustible dans le réservoir ( 1), et ce ce qu'une vanne de dérivation ( 20) vers une canalisation de retour ( 21) au réservoir ( 1) est disposée sur la canalisation d'alimentation ( 2) et connectée à des moyens de commande(Calc) de la dérivation, ces moyens de commande (Calc) étant adaptés à être déclenchés pendant un intervalle de temps déterminé à la réception d'un signal de commande délivré par la jauge ( 4) et lié à un accroissement du volume de combustible dans le réservoir ( 1).