Brevet FR2605680A1 — publié le 19880429

L'invention concerne un dispositif de mesure et de réglage de l'avance à l'allumage d'un moteur à combustion interne. Le réglage convenable de l'avance à l'allu- mage des moteurs à combustion interne est une condi- tion essentielle afin d'obtenir un rendement optimum de ces moteurs et une réduction à un minimum de la pol- lution atmosphérique provoquée par les effluents d'é- chappement. Afin d'obtenir les conditions optimales pré- citées, il est impératif que l'inflammation du mélange air/carburant dans la chambre de compression du cylin- dre soit provoquée lorsque le mélange précité se trouve en phase de compression. Cependant, la force d'expansion exercée par l'inflammation ou ignition du mélange air/carburant est maximale lorsque le piston se trouve en position de point mort haut. Un compromis de réglage de l'ins- tant d'ignition ou d'inflammation par rapport au point mort haut du piston, le piston de référence, doit alors être réalisé, ce compromis étant actuellement désigné par le réglage de l'avance à l'allumage, l'ins- tant d'ignition étant ainsi réglé légèrement antérieur à l'instant de détection du point mort haut du piston. L'instant de détection du point mort haut du piston varie avec la charge et avec la vitesse du mo- teur. Il est donc nécessaire, notamment avec les moteurs modernes actuellement très poussés, de mettre en oeuvre des procédés de réglage de l'avance à l'al- lumage des moteurs à combustion interne très perfor- mants. Tous les procédés actuellement utilisés ont pour point commun la détection de l'instant de passage au point mort haut du piston et de l'instant d'ignition ou d'inflammation du mélange air/carbu- rant. La détection de l'instant de passage au point mort haut du piston est, selon les techniques habi- tuelles, réalisée soit au moyen d'un capteur magné- tique détectant le passage d'un élément magnétique solidaire du vilebrequin ou d'un organe solidaire du vilebrequin,soit au moyen d'une lampe stroboscopique permettant la mise à coincidence d'un repère ménagé sur le vilebrequin avec une fente ménagée dans le carter. La détection de l'instant d'ignition ou d'inflammation est actuellement réalisée selon deux techniques différentes selon que le moteur à combus- tion interne est un moteur à allumage provoqué par une décharge électrique, moteur à essence, ou au contraire un moteur Diesel. Dans le cas des moteurs à allumage provo- qué par une décharge électrique, la détection de l'instant d'ignition ou d'inflammation est actuelle- ment réalisée par détection du courant passant dans le câble d'alimentation de la bougie d'allumage au moyen d'une pince placée sur le câble et se compor- tant, du point de vue électrique, comme un transfor- mateur d'intensité. De par le principe même de la mesure, la pince doit présenter une excellente isolation à la tension électrique en mode commun, soit une isolation supérieure à quelques dizaines de milliers de volts. En outre, la mise en place erronnée de la pince, celle-ci étant retournée par rapport à sa position normale sur le câble, a pour effet de provoquer, en raison du caractère pseudo- périodique du signal de détection unipolaire, unie erreur de détection de la première oscillation laquel- le a pour effet une erreur de réglage d'avance à l'al- lumage de 1 à 2 d'écart. Le déclenchement d'un comp- teur entre les instants d'ignition ou d'inflammation et de détection du point mort haut permet, compte tenu du nombre de cylindres du moteur, d'obtenir une information en degrés du décalage réel entre instant d'ignition et instant de passage au point mort haut du piston, le réglage d'avance à l'allumage pouvant alors être effectué. Dans le cas des moteurs Diesel, en l'absence d'allumage par décharge électrique, l'air puis le ga- zole sont aspirés et le gazole joue, dans le moteur, le rôle temporel du courant d'une bougie d'allumage à un temps de décalage ou retard près. Dans ce cas, les instants à détecter sont donc l'instant d'injec- tion du gazole et l'instant de passage du piston au point mort haut. Si la détection de l'instant de pas- sage du piston au point mort haut peut être effectuée de manière classique, la détection de l'instant d'in- jection du gazole, fonction de l'instant de pression maximale à l'intérieur de la chambre de combustion, est liée à la détection de l'instant de levée d'ai- guille de l'injecteur de gazole. L'apparition d'une forte pression dans le tube ou canal d'alimentation de l'injecteur provoque la levée d'aiguille et l'admis- sion, dans la chambre de combustion d'une quantité élé- mentaire de gazole. Afin de détecter l'instant de levée d'ai- guille, on a à ce jour proposé de détecter l'instant d'apparition de la pression dans le tube d'alimen- tation du ou des injecteurs. De tels systèmes mettant en oeuvre un dispositif en forme de pince permettant de détecter la variation de contrainte mécanique du tube d'alimentation de l'injecteur ont été décrits notamment dans la demande de brevet français publiée sous le numéro 2 323 816 et dans la demande de certifi- cat d'addition correspondante 2 358 561 au nom de la Demanderesse. Si ce système de détection donne satis- raction du point de vue théorique, sa mise en oeuvre reste cependant délicate car, restant sensible aux vibrations mécaniques du moteur,il nécessite de ma- nière impérative l'utilisation d'un circuit ou système de traitement du signal de détection très performant et donc onéreux. En outre, la relation entre l'instant d'injection et l'instant de pression maximale dans le cylindre n'est pas constante car dépendant du temps de transit de chaque quantité élémentaire de gazole donc du type de moteur et des conditions de fonction- nement de ceux-ci. En outre, les dispositifs connus sous le nom de régulateurs d'injection normalement utilisés ont pour effet de provoquer des perturba- tions de pression dans les tubes d'alimentation des injecteurs, perturbations analogues au coup de bélier, qu'il est nécessaire de linéariser. La présente invention a pour but de remé- dier à l'ensemble des inconvénients précités par la mise en oeuvre d'un dispositif de mesure et de réglage de l'avance à l'allumage d'un moteur à combustion in- terne, dans lequel la détection et la transmission de l'instant d'ignition ou d'inflammation est effectuée par voie optique. Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un dispositif de mesure et de réglage de l'avance à l'allumage d'un moteur à combus- tion interne pouvant être utilisé,soit pour un moteur à essence, soit pour un moteur Diesel au prix d'une adaptation ne demandant qu'une modification mineure du système de détection de l'instant d'inflammation. Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre, notamment dans le cas de moteurs Diesel, d'un dispositif de mesure et de réglage de l'avance à l'allumage dans lequel, du fait de la détection directe de l'instant d'ignition, un très grand degré de précision de mesure du calage d'avance à l'allumage est obtenu. Le dispositif de mesure et de réglage de l'avance à l'allumage d'un moteur à combustion interne objet de l'invention, comprend des moyens de détec- tion du point mort haut d'au moins un des pistons du moteur. Il est remarquable en ce qu'il comprend en outre des moyens de détection optique de l'instant ou phase d'ignition dans le cylindre du piston cor- respondant, les moyens de détection optique permet- tant d'engendrer un signal électrique synchronisé sur l'instant d'ignition et des moyens de calcul de l'an- gle de phase entre la position du piston au point mort haut et la position du piston à l'instant d'igni- tion. Le dispositif de mesure et de réglage de l'avance à l'allumage du moteur à combustion interne, objet de l'invention, trouve application au domaine technique de l'industrie automobile, pour le réglage et l'entretien des moteurs de véhicules de tout type. Une description plus détaillée de l'objet de l'invention sera donnée ci-après en liaison avec les dessins, dans lesquels: - la figure 1 représente un schéma synop- tique du dispositif objet de l'invention, - la figure 2 représente un mode de réa- lisation particulier du dispositif de la figure 1, dans le cas o le moteur est un moteur à essence, - la figure 3 montre un détail de réalisa- tion avantageux,non limitatif,de la tête de détection utilisé par exemple dans le mode de réalisation de la figure 2, - la figure 4 montre un détail de réalisa- tion avantageux non limitatif de la tête de détection dans un mode de réalisation du dispositif de l'inven- tion plus spécialement destiné à un moteur Diesel, - la figure 5 montre un schéma synoptique d'un mode de réalisation non limitatif des moyens de calcul de l'anglede phase, entre la position du pis- ton au point mort haut et la position du piston à l'instant d'ignition. Le dispositif de mesure et de réglage de l'avance à l'allumage d'un moteur à combustion interne objet de l'invention sera tout d'abord décrit en liai- son avec le schéma synoptique de la figure 1. Conformément à la figure précitée, le dis- positif comprend des moyens,notés 1,de détection du point mort haut, d'au moins un des pistons du moteur, piston appelé le piston deieférence. De manière clas- sique, et à titre d'exemple non limitatif, les moyens 1 de détection du point mort haut peuvent être cons- titués avantageusement par un capteur magnétique placé à proximité du vilebrequin, noté VI, lequel comporte une marque en matériau magnétique par exemple ainsi que décrit précédemment. Sur la figure 1, le piston de référence est noté P, et l'ignition ou inflamma- tion du mélange air/carburant dans le cylindre C est symbolisée et représentée par la ligne brisée notée E, que cette ignition ou inflammation du carburant soit provoquée par une décharge électrique dans le cas du moteur à essence ou au contraire par inflammation spontanée du fait de la pression régnant dans le cy- lindre C dans le cas des moteurs Diesel. Selon une caractéristique essentielle du dispositif objet de l'invention, celui-ci comporte en outre des moyens 2 de détection optique de l'instant ou phase d'ignition dans le cylindre C du piston de référence correspondant. Les moyens de détection optique 2 permettent d'engendrer un signal électrique ou optique synchronisé sur l'instant d'ignition. Le dispositif objet de l'invention représen- té schématiquement en figure 1,comprend en outre des moyens 3 de calcul de l'angle de phase entre la posi- tion du piston P au point mort haut, noté P.M.H. et la position du piston P à l'instant d'ignition telles que représentes en figure 1. Les moyens de calcul 3 de l'angle de phase précité, permettent d'obtenir une information en degré du décalage réel entre l'instant d'ignition et l'instant de passage au point mort haut du piston, le réglage d'avance à l'allumage pouvant alors être effectué. Un mode de réalisation particulièrement avantageux du dispositif de mesure et de réglage de l'avance à l'allumage d'un moteur à combustion interne, conforme à la présente invention,sera décrit en liai- son avec la figure 2, dans le cas d'un moteur à igni- tion déclenchée par étincelle ou décharge électrique, le moteur étant un moteur de type moteur à essence. Conformément au mode de réalisation pré- cité, les moyens 2 de détection optique peuvent com- prendre un transducteur 20 électro-optique permettant à partir du courant délivré à la bougie d'allumage, notée B sur la figure 2, d'engendrer un flux lumineux. Des moyens 21 permettent la transmission optique du flux lumineux précité, vers des moyens optiquesrécep- teurs 22 permettant à partir du flux lumineux d'en- gendrer une impulsion électrique constituant le signal électrique précédemment décrit en liaison avec la figure 1. Un mode de réalisation particulier d'un transducteur électro-optique 20, particulièrement adapté à l'objet de l'invention dans le cas du mode de réalisation de la figure 2, sera décrit en liaison avec la figure 3. Selon la figure 3 précitée, le transducteur électro-optique 20 peut être constitué par un tube à gaz noté 204, disposé à proximité du conducteur d'ali- mentation de la bougie d'allumage B, le conducteur précité, étant noté 7 sur la figure 3 et sur la figure 2. Le tube à gaz 204 permet sur ionisation du gaz pro- voquéepar influence électrique du courant d'allumage, d'engendrer le flux lumineux précédemment cité. Selon le mode de réalisation avantageux de la figure 3, le transducteur électro-optique 20 peut être constitué par au moins les éléments ci-après. Un manchon métallique 203 de surface convenable est disposé sur la gaine isolante du conducteur 7 d'ali- mentation de la bougie B. Une paroi de blindage 201, forme avec le manchon métallique 203, un système de type condensateur électrique. Le tube à gaz 204 est tel que ses électrodes 2040 et 2041 sont connectées électriquement, respectivement au manchon électrique 203 et à la paroi de blindage 201 précédemment citée. Bienentendu, des moyens 205 de couplage optique des moyens de transmission optique 21 du flux lumineux au tube à gaz 204 sont également prévus. Ainsi qu'on l'a représenté,en vue partielle- ment arrachée en figure 3, les éléments précités cons- titutifs du conducteur électro-optique 20 sont rendus solidaires par enrobage en un matériau plastique 202, lequel, avantageusement, remplitl'espace situé entre le blindage 201 et le manchon 203 notamment, afin de constituer le condensateur. En outre, les moyens de couplage 205 peuvent être constitués par un orifice ménagé dans la paroi de blindage 201 et dans l'enro- bage 202, dans lequel des moyens de transmission optique du flux lumineux sont couplés au tube à gaz 204. Le transducteur électro-optique 20 peut, par exemple,être de forme sensiblement cylindrique, et constitué par deux demi-cylindres articulés au- tour d'une articulation 206, laquelle dans ce cas peut être constituée par une ligne directrice, ou au contraire, ainsi que représenté en figure 3, il peut être agencé de façon à constituer et présenter la for- me d'une pince articulée autour de l'articulation 206, la pince étant constituée par deux éléments 207 et 208 et le manchon 203 se subdivisant en deux parties complémentaires notées 2030 et 2031. Un autre mode de réalisation avantageux non limitatif des moyens de détection optique 2 plus particulièrement adaptés à la détection de l'instant d'ignition ou d'inflammation du mélange air/carburant, dans le cas d'unmoteur Diesel, sera maintenant décrit en liaison avec les figures 1 et 4. Conformément aux figures précitées, les moyens 2 de détection optique comprennent une tête de détection optique 2000,permettant la transmission du flux lumineux prcvoqué par l'ignition engendrée dans le cylindre du piston de référence correspondant. Les moyens 21 de transmission optique du flux lumineux précité et les moyens optiques récepteurs 22 permet- tant à partir de ce flux lumineux d'engendrer une impulsion électrique, précédemment décrits en liaison avec la figure 2,sont en outre prévus de la même façon. La tête de détection optique 2000, ainsi que représentée en coupe longitudinale en figure 4, peut avantageusement être constituée d'unélément noté 2005, calibré aux cotes et dimensions de la bougie de préchauffage du cylindre du moteur Diesel. La tête de détection 2000 est ainsi destinée à être substituée à la bougie de préchauffage, lors de la mesure et du réglage de l'avance à l'allumage du moteur. La tête de détection optique comprend en outre un élément porte-fibre noté 2001, directement engagé dans l'élément calibré 2005. L'élément calibré 2005 peut avantageusement être ainsi engagé par vis- sage sur l'élément porte-fibre 2001 et constitué d'un adaptateur pour différentes bougies de préchauf- fage selon les modèles de moteurs considérés. L'élé- ment calibré 2005, peut avantageusement être constitué en un matériau métallique tel que de l'acier résistant aux hautes températures par exemple. L'élément porte-fibre 2001 peut être constitué en un matériau métallique tel que de l'acier résistant aux hautes températures. Un barreau de verre est engagé à affleurement dans l'âme centrale de l'élément porte-fibre 2001, le barreau de verre étant noté 2002 sur la figure 4. Il est ainsi destiné à transmettre le flux lumineux produit par l'ignition du mélange air/carburant, dans la chambre de combustion ducylindre C. Le barreau de verre 2002 peut avantageu- sement être maintenu par une vis de blocage percée, notée 2003 sur la figure 4. Un connecteur optique noté 2004 est monté à l'extrémité supérieure de l'élément porte-fibre 2001, de façon à permettre la transmission du flux lumineux précité. Le connecteur optique 2004 peut ainsi être relié à un connecteur optique 210, lequel est directement relié aux moyens de transmis- sion du flux optique 21 précédemment décrits. Ainsi, le seul remplacement au niveau du connecteur optique 210, de la tête de détection telle que décrite en liaison avec les figures 3, 4 précitées, permet l'utilisation du dispositif objet de l'inven- tion, soit dans le cas d'un moteur à essence ou au con- traire dans le cas d'un moteur Diesel. Bien entendu, de façon avantageuse non li- mitative, les moyens 21 de transmission du flux optique peuvent être constitués avantageusement par une fibre optique. La fibre optique utilisée peut être constituée par une fibre optique plastique, normalement disponi- ble dans le commerce. En outre, les moyens optiques récepteurs 22 directement couplés aux moyens de transmission 21 constitués par une fibre optique, peuvent avantageuse- ment être constitués, soit dans le cas d'un moteur à essence, soit dans le cas d'un moteur Diesel, par un phototransistor. Une description détaillée des moyens de calcul de l'anglede phase entre la position du piston de référence au point mort haut et la position du pis- ton à l'instant d'ignition, moyens de calcul notés 3 sur la figure 1 et la figure 2, sera maintenant donnée en liaison avec la figure 5. Ainsi qu'il apparalt sur la figure précitée, les moyens de calcul 3 comprennent une entrée 211 cons- tituée par un connecteur optique par exemple, destiné à recevoir les moyens de transmission 21 représentés en figure 2. Le connecteur optique 211 est directement relié auxmoyens optiques récepteurs 22, constitués par un phototransistor, une photodiode, ou tout moyen transducteur optoélectronique. Les moyens optiques récepteurs 22 sont directement connectés, de façon classique, à un circuit monostable anti-rebond noté , destiné à assurer une mise en forme de l'impulsion électrique délivrée par les moyens optiques récepteurs 22. L'impulsion délivrée par le monostable 50 constitue ainsi le signal électrique synchronisé sur l'instant d'ignition. De manière avantageuse, non limitative, les impulsions ainsi obtenues, peuvent être utilisées pour déclencher un circuit convertisseur fréquence-tension 51, lequel permet un affichage sur des moyens d'affi- chage 52, de la vitesse de rotation du moteur. Les impulsions délivrées par le circuit monostable 50, constituant le signal électrique préci- té, peuvent,en outre,être délivrées sur une borne de synchronisation extérieure 53, utilisable à d'autres fins. Une entrée 55 est en outre prévue afin de rece- voir le signal délivré par les moyens de détection 1 de point mort haut, tels- que décrits en figures 1 et 2 précédemment. Un circuit de détection de passage par zéro 56 reçoit le signal présent sur l'entrée 55. Une source de tension continue 54 délivre un courant conti- nu ajustable dépendant du type de capteur de point mort haut utilisé. Au passage du repère magnétique du vile- brequin devant le capteur de point mort haut, le circuit 56 délivre une impulsion. Une bascule de type RS 57 reçoit sur son entrée R, l'impulsion délivrée par le monostable 50, et sur son entrée S, l'impulsion déli- vrée par le circuit de détection de passage à zéro 56. La bascule RS 57 délivre ainsi entre les instants d'ignition correspondants à l'impulsion délivrée par le monostable 50 et de passage au point mort haut correspondant à l'impulsion délivrée par le circuit de détection de passage à zéro 56, une impulsion de commande, permettant l'enclenchement-déclenchement d'un compteur afficheur 58. Une horloge de référence comportant une boucle de phase 59, délivre des impul- sions de comptage sur une entrée de comptage C, du compteur afficheur 58. La boucle de phase peut com- porter un diviseur ajustable de rapport N, le rapport de division N précité pouvant être ajusté en fonc- tion de la résolution souhaitée. Sur déclenchement par une impulsion délivrée par le monostable 50, le compteur afficheur 58 peut ainsi décompter le nombre d'impulsions engendrées par l'horloge à boucle de phase 59 et afficher ainsi, en fonction de la résolu- tion choisie, la valeur du calage d'avance à l'allu- mage du piston de référence. Le compteur afficheur 58 comporte une entrée de prépositionnement notée p. Celle-ci permet d'introduire une valeur dépendant du type de moteur pour obtenir en lecture directe une va- leur identique à celle trouvée avec le procédé décrit dans les demandes de brevet français 2 323 816 et 2 358 561. On a ainsi décrit un dispositif de mesure et de réglage de l'avance à l'allumage d'un moteur à combustion interne particulièrement performant, en ce que le calcul de l'angle de phase entre instant d'ignition et instant de passage au point mort haut du piston est directement effectué par rapport à l'instant d'ignition physiquement détecté. En outre, le dispositif objet de l'inven- tion est particulièrement avantageux à l'utilisation compte tenu du fait que la mesure et le réglage de l'avance à l'allumage, tant d'un moteur à essence que d'unmoteur à combustion interne peuvent être réalisés à partir du même dispositif par seul changement de la tête de détection. Ce changement est particulièrement aisé à opérer, puisqu 'il suffit ainsi à l'utilisateur de remplacer la tête de détection au niveau d'un connecteur de type connecteur à fibres optiques. Le dispositif de mesure et de réglage de l'avance à l'allumage selon l'invention permet d'a- voir une lecture directe ou corrigée de la mesure d'avance à l'allumage. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure et de réglage de l'avance à l'allumage d'un moteur à combustion interne comprenant des moyens(1) de détection du point mort haut d'au moins un des pistons du moteur, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: - des moyens(2) de détection optique de l'instant ou phase d'ignition dans le cylindre du piston correspondant, lesdits moyens de détection optique permettant d'engendrer un signal électrique synchronisé sur l'instant d'ignition, - des moyens(3) de calcul de l'angle de phase entre la position du piston au point mort haut (P.M.H.) et la position du piston à l'instant d'igni- tion. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas d'un moteur à igni- tion déclenchée par étincelle électrique, lesdits moyens (2) de détection optique comprennent: - un transducteur(20) électro-optique per- mettant à partir du courant délivré à la bougie d'allumage d'engendrer un flux lumineux, - des moyens (21) de transmission optique du flux lumineux, - des moyens optiques 3écepteurs (22) permet- tant à partir du flux lumineux d'engendrer une impul- sion électrique-. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit transducteur (20) électro- optique est constitué par un tube à gaz (204) disposé à proximité du conducteur(7) d'alimentation de la bougie d'allumage, ledit tube à gaz (204) sur ionisation du gaz provoqué par influence électrique du courant d'al- lumage permettant d'engendrer ledit flux lumineux. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit transducteur (20) électro-optique est constitué au moins par les élé- ments ci-après: - un manchon métallique (203)de surface con- venable disposé sur la gaine isolante du conducteur d'alimentation de la bougie, - une paroi de blindage (201) formant, avec ledit manchon métallique (203), un système de type conden- sateur électrique, - un tube à gaz (204) dont les électrodes sont respectivement électriquement connectées au manchon électrique (203) et à la paroi de blindage (201), - des moyens (205) de couplage optique des moyens de transmission optique (21) du flux audit tube à gaz. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits éléments sont rendus solidaires par enrobage en matériau plastique (202), les- dits moyens de couplage (205) étant constitués par un orifice ménagé dans la paroi de blindage et dans l'enrobage dans lequel les moyens de transmission optique du flux lumineux sont couplés audit tube à gaz. 6. Dispositif selon lesrevendications 4 et 5, caractérisé en ce que ledit transducteur élec- tro-optique (20) est de forme sensiblement cylindrique et constitué par deux demi-cylindres articulés au- tour d'une ligne directrice. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas d'un moteur Diesel lesdits moyens (2) de détection optique comprennent: - une tête de détection optique (2000) permet- tant la transmission du flux lumineux provoqué par l'ignition provoquée dans le cylindre du piston cor- respondant, - des moyens (21) de transmission optique du flux lumineux, - des moyens optiques récepteurs(22) permet- tant à partir du flux lumineux d'engendrer une impul- sion électrique. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la tête de détection optique (2000) est constituée par un élément (2005) calibré aux cotes et dimensions de la bougie de préchauffage du cylindre du moteur Diesel, ladite tête de détection étant des- tinée à être substituée à ladite bougie de préchauf- fage lors de la mesure et du réglage de l'avance à l'allumage du moteur. 9. Dispositif selon l'une des revendi- cations 2 ou 7, caractérisé en ce que lesdits moyens (21) de transmission sont constitués par une fibre optique. 10. Dispositif selon l'une des revendi- cations 2 à 9, caractérisé en ce que les moyens op- tiques récepteurs (22) sont constitués par un photo-tran- sistor couplé aux moyens de détection optique par lesdits moyens de transmission.