Brevet FR2594947A1 — publié le 19870828

La présente invention concerne la mesure d'un débit différentiel de fluide, par exemple la mesure du débit de carburant consommé par un moteur à combustion interne du type qui comporte un circuit de retour d'un surplus de carburant. Différents types de moteurs à combustion interne, notamment les moteurs diesel, comportent un circuit de retour du carburant, en général vers le réservoir. En effet, une pompe transmet au moteur une quantité de carburant à haute pression nettement supérieure à la quantité consommée par le moteur. Par exemple, la quantité de carburant transmise au mateur est quatre à cinq fois supérieure à la quantité nécessaire au fonctionnement du moteur. En conséquence, un circuit de retour renvoie le surplus de carburant vers le réservoir. La mesure de la quantité de carburant consommée par le moteur nécessite donc la connaissance des quantités de carburant transmises au moteur et en revenant. Il est très souhaitable de connaitre la consommation en carburant d'un moteur à combustion interne, par exemple pour des raisons de gestion, mais surtout parce que la connaissance de la consommation instantanée permet une adaptation de la conduite qui assure une réduction importante de la consommation de carburant. Il est donc souhaitable qu'un conducteur de véhicule dispose d'une information instantanée relative à la consommation du moteur. Le terme "instantané", dans ce contexte, correspond à un retard maximal, entre une variation du débit et sa présentation au conducteur, d'une seconde. En effet, un retard de l'ordre de 5, 10, 15 secondes ou plus est trop important pour permettre à un conducteur d'adapter véritablement sa conduite en tenant compte des indications de l'appareil de mesure de consommation. On a déjà effectué la mesure "instantanée" d'une telle consommation. Par exemple, on a utilisé un capteur différentiel à impulsions, donnant des impulsions correspondant au débit différentiel. Cependant, un tel capteur dif férentiel comprend en réalité deux capteurs, et les impulsions représentatives de la différence sont tirées des trains d'impulsions des deux capteurs aller et retour qui transmettent des trains d'impulsions asynchrones. En conséquence, ces capteurs donnent soit des indications qui varient bien plus que la consommation, soit une valeur de la consommation qui n'est pas instantanée, lorsque les variations dues au caractère asynchrone des trains d'impulsions sont supprimées par formation d'une moyenne sur plusieurs cycles. On a aussi déjà réalisé la mesure des deux débits aller et retour, par exemple à l'aide de capteurs à impulsions, et la détermination du débit différentiel par soustraction, d'une manière simple. Une telle mesure, pour être "instantanée" (une impulsion correspond à un très petit volume ou un très petit poids de carburant), nécessite la détermination de chaque débit à chaque impulsion. En effet, si une moyenne est effectuée sur plusieurs cycles successifs, la mesure perd son caractère "instantané". Par contre, l'inconvénient de la détermination du débit à partir d'un seul cycle (temps séparant deux impulsions) est que ces impulsions sont soumises à des perturbations. Il existe plusieurs types de perturbations pouvant rendre illusoire la connaissance du débit instantané. Une perturbation est due aux capteurs à impulsions utilisés pour la création des signaux de débit, car les transitions d'un état à un autre du signal des capteurs ne sont pas parfaites, et peuvent présenter des défauts de basculement. En conséquence, le passage d'un état à l'autre n'est pas franc et donne toute une plage d'incertitude. Ensuite, les vibrations mécaniques de la pompe et d'autres-causes peuvent provoquer une inversion temporaire du sens du courant qui, lorsqu'elle correspond à la transition d'une impulsion, provoque un double basculement supplémentaire qui perturbe donc la lecture de la transition de l'impulsion. Pour ces raisons, on n'a pas réussi jusqu'à présent à obtenir une mesure "instantanée" du débit du carburant consommé par un moteur à combustion interne ayant un circuit de retour de carburant, sous une forme donnant une précision de l'ordre du pourcent sur la consommation instantanée. L'invention concerne un procédé de mesure d'un débit différentiel de fluide dans lequel la présence éventuelle de perturbations de commutation de capteurs à impulsions et de la ligne de transmission des impulsions est déterminée, et les impulsions sont validées en fonction de cette présence éventuelle. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de mesure d'un débit différentiel de fluide du type qui comprend la mesure d'un premier débit de fluide transmis à un appareil, par mesure du temps compris entre les validations de deux impulsions d'un premier capteur, la mesure d'un second débit de fluide revenant de llappa- reil, par mesure du temps compris entre les validations de deux impulsions d'un second capteur, et la détermination du débit différentiel par soustraction du second débit du premier.Selon l'invention, le procédé de validation de chaque impulsion de chaque capteur comprend a) l'interrogation du capteur à intervalles réguliers à une fréquence très supérieure à la fréquence des impulsions, le capteur étant initialement à un premier état, b) l'ouverture d'une fenêtre de validation dès que l'interrogation indique que le capteur est à un second état, c) pendant la fenêtre de validation, le comptage du nombre d'interrogations indiquant que le capteur est à son premier état, d) la fermeture de la fenêtre de validation lorsque le nombre compté d'interrogations atteint une valeur prédéterminée, et e) la validation de l'impulsion au moment de la fermeture de la fenêtre de validation. La fermeture de la fenêtre de validation correspond à la validation de la transition du second état au premier avec un retard prédéterminé. Ce retard peut etre d'une ou deux interrogations seulement, lorsque l'une ou l'autre seulement des transitions entre états est affectée. Il peut cependant être avantageusement égal à quatre ou six interrogations lorsque les deux transitions entre états risquent d'être affectées. Ce retard n'affecte pas la précision des mesures puisqu'il est le même pour toutes les impulsions. Il n'introduit qu'un retard négligeable sur la disponibilité de la valeur instantanée du débit, puisque la fréquence d'interrogation est très supérieure à la fréquence des impulsions. De préférence, la fréquence d'interrogation est de l'ordre de 1 000 Hz, lorsque la fréquence des impulsions est de l'ordre de quelques hertzs. Etant donné que les mesures prennent en compte la présence ou non de perturbations, un avantage important de l'invention est que la précision obtenue sur la mesure de consommation instantanée est très bonne, de quelques pourcent. La précision obtenue sur la consommation intégrée pendant un certain temps, c'est-à-dire la consommation moyenne, est bien meilleure, puisqu'elle est de l'ordre de quelques pour mille. Lorsque le volume correspondant à un cycle entre deux impulsions est faible, l'information donnée est réellement instantanée, puisqu'elle correspond à un retard inférieur à une seconde. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure 1 est un diagramme des temps représentant les deux trains d'impulsions de deux capteurs utilisés dans les parties aller et retour du circuit d'alimentation en carburant d'un moteur diesel ; les figures 2 et 3 sont des diagrammes des temps représentant des formes d'onde obtenues lors de la mise en oeuvre du procédé de l'invention, d'une part en l'absence d'une perturbation et d'autre part en présence de perturbations la figure 4 est un diagramme synoptique illustrant le principe de mesure d'impulsions d'un capteur selon l'invention ; et la figure 5 est un ordinogramme illustrant le déroulement du procédé selon l'invention. L'exemple qui suit concerne la mesure du débit du carburant consommé par un moteur diesel. Cependant, l'invention s'applique à d'autres types de moteurs ayant un circuit de retour de carburant, et s'applique de façon plus générale à tout appareil qui consomme une certaine quantité de fluide inférieure ou supérieure à la quantité qui lui est fournie. Dans l'application considérée, les capteurs à impulsions sont habituellement des sondes à effet Hall ou des interrupteurs à lame, commandés par le passage d'un organe aimanté solidaire d'un élément mobile du capteur, par exemple d'une roue elliptique de débitmètre volumétrique à deux roues elliptiques. On sait que ces capteurs peuvent présenter des perturbations à la commutation, c'est-à-dire une commutation qui n'est pas franche, sur des périodes de quelques centaines de microsecondes. Le principe de la mesure est très simple, puisque le temps compris entre deux impulsions constitue la mesure fondamentale, le débit étant proportionnel à l'inverse de ce temps et la constante de proportionnalité dépendant des caractéristiques du débitmètre et, par exemple, du volume déplacé entre deux impulsions. Le débit différentiel D est égal à la différence entre les débits aller et retour DA DR DA ~ DR = D Selon l'invention, chacun des deux débits aller et retour est déterminé séparément, de la manière décrite dans la suite du présent mémoire, avant la soustraction. La figure 1 représente en A et B deux trains d'impulsions donnés par les capteurs aller et retour respectivement. Par exemple, le capteur du circuit aller transmet des impulsions 10a, 1Ob, 10c, 10d, ... qui ont chacune un flanc antérieur 12 ou première transition et un flanc postérieur 14 ou seconde transition. Le temps est mesuré entre deux transitions correspondantes de deux impulsions successives : le temps nA du train d'impulsions A est mesuré entre les flancs postérieurs ou secondes transitions 14a et 14b. Ce temps nA est alors utilisé pour la mesure du débit dans ce circuit. De même, le temps nB compris entre les secondes transitions du train d'impulsions B est utilisé pour la détermination du débit retour. Celui-ci est plus faible que le débit aller, si bien que le temps n B est supérieur au temps nA. Lorsque les transitions sont franches, la mesure des temps nA et n B ne pose pas de problèmes, lorsque la ligne de transmission n'introduit pas elle-même des perturbations. Cependant, lorsque cette transition n'est pas franche ou en cas d'inversion de flux (due par exemple aux vibrations de la pompe du circuit de carburant) ou lorsque la ligne de transmission introduit des perturbations, les transitions des impulsions reçues ne sont pas franches et introduisent des erreurs sur la mesure des débits. Les figures 2 et 3 représentent deux situations qui peuvent se présenter, la figure 2 correspondant à l'absence de toute perturbation et la figure 3 à la présence de nombreuses perturbations. Sur la figure 2, le signal C est le signal reçu du capteur et de la ligne de transmission par une porte 18 formant un circuit d'inversion. Ce signal comporte une impulsion ayant deux flancs bien délimités. Après le circuit d'inversion, le signal D correspond à ce signal simplement inversé. Le signal D est transmis à une unité de traitement, par exemple un microprocesseur 22, avec le signal E transmis au microprocesseur 22 par l'intermédiaire d'une bascule de Schmitt 20. On note que le premier flanc du signal E correspond à celui du signal D, mais que le flanc descendant est postérieur à celui du signal D. Le temps qui sépare les flancs-descendants des deux signaux correspond à un nombre prédéterminé d'interrogations du capteur correspondant. Le signal F est une courte. impulsion, correspondant à une interrogation, permettant la détermination du moment auquel le comptage du temps séparant deux impulsions successives doit être exécuté. Selon l'invention, le retard présenté par le flanc retombant du signal E par rapport à celui du signal D correspond à un nombre prédéterminé d'interrogations pendant lequel le signal D est revenu à son état initial (état 0 sur la figure 2). La figure 3 représente un cas analogue, mais lorsque de nombreuses perturbations sont présentes. Le signal G qui parvient au circuit 18 d'inversion comporte de courtes perturbations telles que 24, ayant une durée inférieure à la période d'interrogation, si bien que ces perturbations peuvent être prises en compte lorsqu'elles arrivent au moment d'une interrogation mais elle peuvent aussi ne pas être prises en compte lorsqu'elles tombent entre deux interrogations. Des perturbations plus importantes telles que 26 peuvent être dues par exemple à une inversion de flux. Dans ce cas, la période de cette perturbation peut comprendre une interrogation et éventuellement deux. De petites perturbations telles que 28, qui correspondent simplement à des parasites, ont disparu du signal H obtenu à la sortie du circuit 18 d'inversion. Le signal, I obtenu selon l'invention à la sortie de la bascule 20 ne comporte plus ces perturbations. En effet, la première transition de ce signal est commandée dès qu'une transition apparalt dans le signal H. Le signal I est maintenu à son second état, c'est-à-dire au niveau 1 sur la figure 3, tant qu'un nombre prédéterminé d'interrogations n'a pas indiqué le retour du signal H à son premier état, l'état 0. Dans le cas des figures 2 et 3, ce nombre d'interrogations est par exemple égal à six.Par exemple, ce nombre de retours à l'état 0 du signal H est observé une fois lors de la perturbation 30, une autre fois lors de la perturbation 32, une autre fois après retour au niveau 0 comme indiqué par la référence 34, puis deux fois comme l'indique la référence 36 et une autre fois, comme l'indique la référence 38, après une nouvelle perturbation de sens différent, si bien que le signal I change alors d'état. Une impulsion est alors transmise comme l'indique le signal J. La figure 5 illustre la mise en oeuvre du traitement selon l'invention. Sur la figure 5, la référence 40 correspond à l'entrée du programme, c'est-à-dire à la réception du signal C ou G. Le premier test 42 détermine si le signal à traiter est présent ou non. Lorsqu'il n'est pas présent, le programme revient au début, c'est-à-dire qu'il tourne jusqu'à l'apparition d'un signal. Lorsqu'un signal apparaît véritablement, le programme passe au pas 44 qui détermine si une fenêtre de validation a été ouverte. Si la fenêtre n'a pas été ouverte, l'ouverture de la fenêtre est réalisée en 46, avant le test 48 suivant. Ce test détermine si le capteur se trouve à son second état, par exemple à l'état 1 sur les formes d'onde D et H. Si le signal est à l'état 1, l'interrogation correspondante ne doit pas etre prise en compte et le programme revient au départ. Lorsqu'au contraire, le signal n'est plus à l'état 1 et est revenu à l'état 0, il convient de le compter. En conséquence, le pas 50 assure l'avance d'un compteur d'une unité. Lorsque l'opération est réalisée, le nombre contenu dans le compteur est comparé au nombre prédéterminé au pas 52, par exemple au nombre 6. Lorsque le nombre du compteur est inférieur à 6, le programme revient au début. Lorsqu'il est au contraire égal à 6, le programme passe au pas 54 qui provoque la retombée du signal E ou I et la formation de l'impulsion du signal F ou J. L'impulsion a donc été validée. Les références 56 et 58 désignent des opérations éventuelles assurant une temporisation permettant l'élimination de la prise en compte de perturbations. brèves telles que 24. Cependant, ces opérations ne sont pas indispensables. Bien entendu, l'exemple qui précède n'a été donné qu'à titre illustratif, et en particulier le retard indiqué peut beaucoup varier. Lorsque la ligne de transmission des impulsions des capteurs au circuit de traitement est de très bonne -qualité, par exemple est constituée par un câble coaxial, le retard prédéterminé peut être court, par exemple égal à deux interrogations. Plus les perturbations possibles sont importantes, plus le nombre d'interrogations peut être élevé. Comme indiqué précédemment, les deux trains d'impulsions des deux capteurs sont asynchrones. En conséquence, il existe un décalage entre les périodes mesurées nA et nB. Selon l'invention, la précision de la mesure de la consommation instantanée est la meilleure lorsque les périodes utilisées pour le calcul se recouvrent d'une manière aussi grande que possible. Par exemple, lorsque le débit aller est mesuré à l'aide des impulsions 10c et 10d de la figure 1, il est souhaitable que le débit retour considéré soit celui qui est déterminé entre les impulsions 16c et 16d plutôt que celui qui est déterminé entre les impulsions 16b et 16c, car les périodes de mesure se recouvrent alors de manière importante et correspondent mieux à une même situation. C'est en outre le cas qui permet la mesure la plus "instantanée" possible. Dans un exemple d'utilisation destiné à la mesure de la consommation consommée par un moteur diesel de camion, le train d'impulsions A a par exemple une période de 220 ms entre deux impulsions et le train d'impulsions B a une période correspondante de 310 ms. Les débitmètres utilisés ont un volume de fluide déplacé, entre deux impulsions, de 5 cm3. Les débits aller et retour sont alors déterminés comme étant égaux à 22,73 et 16,13 cm3/ respectivement, correspondant à une différence de 6,60 cm3/s (23,76 l/h). On note ainsi que le débit différentiel est nettement inférieur à chacun des deux débits mesurés. Comme l'erreur maximale sur la mesure de la période séparant deux impulsions est de 2 ms (deux périodes d'interrogation), compte tenu du traitement assuré selon l'invention, la pré cision est meilleure que 1 % sur le débit aller, que 0,6 % sur le débit retour et que 2,5 % sur le débit différentiel. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure d'un débit différentiel de fluide, du type qui comprend la mesure d'un premier débit de fluide transmis à un appareil, par mesure du temps compris entre les validations de deux impulsions d'un premier capteur, la mesure d'un second débit de fluide revenant de l'appareil, par mesure du temps compris entre les validations de deux impulsions d'un second capteur, et la détermination du débit différentiel par soustraction du second débit du premier, ledit procédé étant caractérisé en ce que chaque impulsion de chaque capteur est validée par un procédé de validation qui comprend a) l'interrogation du capteur à intervalles réguliers à une fréquence très supérieure à la fréquence des impulsions, le capteur étant à un premier état initialement, b) l'ouverture d'une fenêtre de validation dès que l'interrogation indique que le capteur est à un second état, c) pendant la fenêtre de validation, le comptage du nombre d'interrogations indiquant que le capteur est à son premier état, d) la fermeture de la fenêtre de validation lorsque le nombre compté d'interrogations atteint une valeur prédéterminée, et e) la validation de l'impulsion au moment de la fermeture de la fenêtre de validation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence d'interrogation du capteur est de 1 kHz, et la fréquence des impulsions des capteurs est de l'ordre de quelques hertzs. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la valeur prédéterminée du nombre d'interrogations est égale à 2. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la valeur prédéterminée du nombre d'interrogations est comprise entre 4 et 6. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la soustraction du second débit du premier est réalisée par utilisation des débits déterminés par mesure des temps compris entre des impulsions des deux capteurs qui présentent un recouvrement optimal dans le temps. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la mesure d'un débit moyen par intégration du débit consommé déterminé plusieurs fois successivement.