Brevet FR2666411A1 — publié le 19920306

i Procédé et appareil pour déterminer des caractéristiques de fonctionnement d'un moteur à explosion à alimentation indépendante des cylindres. La présente invention concerne des perfection- nements apportés à la détermination des caractéristiques de fonctionnement des moteurs à explosion et, de façon plus précise, elle concerne un procédé et un appareil pour déterminer des caractéristiques de fonctionnement d'un cylindre dans un moteur à explosion dans lequel10 chaque cylindre est pourvu d'un conduit d'admission du mélange air-carburant qui est équipé d'un organe de réglage de débit dudit mélange et qui débouche dans le cylindre par un orifice d'admission, un capteur de pression étant relié audit conduit d'admission entre15 l'organe de réglage et l'orifice d'admission dans le cylindre. Il est connu de déterminer des paramètres de fonctionnement (par exemple tachymétrique) d'un moteur à explosion par prélèvement de grandeurs électriques20 (allumage, capteur sur volant moteur, etc) Toutefois, les appareils de mesure réalisés sur cette base sont dépendants de la construction du moteur; en outre ils sont très sensibles aux parasites électriques conduits et rayonnés (présence des circuits sous haute-tension)25 et l'obtention du signal utile se révèle difficile en pratique. Il est également connu d'utiliser un capteur de pression inséré dans la conduite d'admission entre l'organe de réglage de débit du mélange air-carburant30 (papillon) et l'orifice d'admission dans le cylindre Le recours à un capteur de pression permet certes de s'affranchir des problèmes posés par les parasites électriques dans les appareils précédemment cités; toutefois, ces appareils connus à capteur de pression sont agencés de manière telle qu'ils fournissent une indication correspondant à la valeur moyenne de la pression régnant dans la conduite d'admission entre l'organe de règlage et l'orifice d'admission De ce fait, la connaissance de la valeur moyenne de la pression ne permet d'obtenir qu'un nombre restreint d'informations sur le fonctionnement du cylindre et du moteur En outre il n'est pas possible d'effectuer, à partir de cette valeur moyenne, un relevé tachymétrique. L'invention a donc essentiellement pour but de proposer un procédé et un appareil qui remédient, dans toute la mesure du possible, aux inconvénients des procédés et appareils actuellement connus et qui permettent d'accéder à la connaissance d'un plus grand nombre de paramètres de fonctionnement du cylindre et/ou du moteur, et cela d'une façon continue au cours du15 fonctionnement du moteur et quel que soit le type (deux temps, quatre temps, rotatif) du moteur à explosion à alimentation indépendante de chaque cylindre (en général cas des moteurs rapides, notamment utilisés sur les mo- tocyclettes), ce procédé et cet appareil devant en outre20 être simples à mettre en oeuvre et ne devant notamment pas nécessiter de modifications ou d'aménagements des moteurs. A ces fins, selon un premier aspect de l'inven- tion, il est proposé un procédé tel que défini au préambule qui se caractérise essentiellement: en ce qu'avec le capteur de pression on détecte de façon continue la pression dans le conduit d'admission entre l'organe de réglage et l'orifice d'admission dans le cylindre, en ce qu'on convertit de façon continue ladite pres- sion en un signal électrique analogique représentatif de cette pression et de ses variations, et en ce qu'on traite ce signal électrique de manière à obtenir au moins une caractéristique souhaitée du fonctionnement du cylindre; avantageusement, le capteur de pression est un capteur piézo-électrique. Ainsi, grâce aux moyens mis en oeuvre conformé- ment à l'invention, on dispose d'un signal électrique analogique qui reflète à chaque instant l'état de la pression instantanée dans la conduite d'admission entre l'organe de réglage et l'orifice d'admission dans le cylindre; surtout, de façon très avantageuse, la forme de la courbe traduisant ce signal électrique est également représentative de la variation de la pression et les points particuliers de ce signal et/ou de cette courbe peuvent conduire aisément à la détermination de caractéristiques de fonctionnement du cylindre et du moteur, d'une façon plus précise et pour un nombre de15 paramètres plus élevé qu'avec les procédés et appareils antérieurs. Il est donc possible d'afficher en continu la courbe représentative de l'évolution de ce signal élec- trique dans le temps, de comparer la courbe ainsi rele-20 vée avec une courbe de référence et d'en déduire un diagnostic sur le fonctionnement du cylindre (par exemple présence d'une prise d'air parasite sur le conduit d'admission, défaut de fonctionnement des soupapes, défaut d'étanchéité des soupapes, etc).25 Il est également possible de détecter les instants d'occurrence des crêtes (et de préférence les crêtes inférieures qui sont bien définies quel que soit le type de moteur) du signal électrique, de mesurer la durée séparant deux crêtes successives et d'en déduire30 la vitesse de rotation du moteur. Il est également possible, dans le cas d'un moteur à explosion à quatre temps, de détecter les temps d'occurrence des maximums d'amplitude du signal élec- trique, lesquels maximums correspondent sensiblement au35 franchissement du point mort haut par le piston. Ainsi, la mise en oeuvre d'une détection analogique de la pression dans le conduit d'alimentation du cylindre permet d'avoir accès aux instants précis d'occurrence des différentes phases de fonctionnement du cylindre, conduisant à la possibilité d'un réglage pré- cis du fonctionnement du moteur cylindre par cylindre; en outre la possibilité de relever la courbe de pression instantanée de chaque cylindre permet de détecter toute anomalie de fonctionnement et tout défaut de structure du cylindre, ce que les procédés antérieurs ne permet- taient pas ou tout au moins ne permettaient pas d'une façon aussi fiable. De même, selon un second aspect de l'invention, il est proposé un appareil tel que cité au préambule qui se caractérise essentiellement en ce que le capteur de pression est agencé pour détecter de façon continue la pression dans le conduit d'admission entre l'organe de réglage et l'orifice d'admission dans le cylindre, en ce qu'il comprend des moyens convertisseurs aptes à convertir de façon continue la pression détectée en un signal électrique analogique représentatif de cette pression et de ses variations, et en ce qu'il comprend en outre des moyens de traitement du signal électrique aptes à fournir des informations représentatives d'au moins une caracté- ristique souhaitée du fonctionnement du cylindre; avantageusement, le capteur de pression et les moyens convertisseurs sont constitués par un capteur piézo- électrique. Il est possible de faire en sorte que les moyens de traitement du signal électrique comprennent des moyens d'affichage aptes à afficher en continu la courbe représentative des variations de ce signal électrique, de manière que, par comparaison avec une courbe de35 référence, on puisse en déduire un diagnostic de fonctionnement du cylindre. Il est également possible de faire en sorte que les moyens de traitement du signal électrique comprennent en outre des moyens de détection aptes à détecter les crêtes du signal électrique, des moyens de mesure du temps aptes à mesurer la durée séparant deux crêtes successives et des moyens de calcul aptes à en déduire la vitesse de rotation du moteur; dans ce cas il est souhaitable que les moyens de détection détectent les crêtes inférieures du signal électrique qui sont présentes quel que soit le type de moteur; dans un mode de réalisation intéressant, l'appareil conçu sur cette base comprend: des moyens inverseurs pour inverser le signal électrique fourni par les moyens convertisseurs, les moyens de détection de crête étant connectés à la sortie desdits moyens inverseurs, des moyens comparateurs pour comparer le signal fourni par les moyens inverseurs et le signal fourni par les moyens de détection de crête, et des moyens d'exploitation du signal de sortie des moyens comparateurs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains de ses modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemple25 non limitatif; dans cette description on se réfère aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une représentation très schématique d'un cylindre de moteur à explosion à quatre temps agencé en conformité avec l'invention; 30 la figure 2 est une courbe montrant l'évolu- tion de la pression en fonction du temps dans la conduite d'admission du cylindre de moteur à quatre temps de la fig 1, telle qu'elle peut être relevée dans le contexte de l'invention;35 les figures 3 et 4 sont des courbes analogues à celles de la figure 2 et relatives respectivement à un moteur à deux temps et à un moteur rotatif la figure 5 est un schéma synoptique d'un exemple d'appareil tachymétrique mettant en oeuvre le procédé de l'invention; et la figure 6 représente la suite des impul- sions délivrées par l'appareil de la fig 5. En se reportant tout d'abord à la figure 1, chaque cylindre 1 d'un moteur à explosion à quatre temps comprend une chemise 2 et un piston 3 animé d'un mouve-10 ment alternatif entre un point mort haut (PMH) et un point mort bas (PMB) Une conduite 4 d'alimentation en mélange air-combustible, réglable à l'aide d'un organe de réglage ou papillon orientable 5, est raccordé à un orifice d'admission 6 obturable par une soupape15 d'admission 7 De même les gaz brûlés sont évacués par un orifice de sortie 8 obturable par une soupape d'échappement 9 et raccordée à un conduit d'échappement 10. Un capteur de pression 11, par exemple du type piézo-électrique, est relié à la conduite d'admission, entre le papillon de réglage 5 et la soupape d'admission 7, de manière à détecter la pression instantanée dans cette portion de la conduite d'admission Le signal de pression détecté par le capteur est transformé en un25 signal électrique de sortie qui reproduit les variations de la pression à laquelle est soumise la cellule, et ce signal électrique est appliqué à une unité de traitement de signal 12 (dont un exemple sera donné plus loin) apte à fournir sous une forme appropriée les informations dé- ductibles de l'analyse de l'évolution de cette pression dans la conduite d'admission Un capteur de type piézo- électrique fournit directement un signal électrique de sortie représentatif de la variation de la pression. A la figure 2, on a représenté, en trait plein, la courbe de variation, en fonction du temps, de la pression p dans la conduite d'admission entre le pa- pillon de réglage et la soupape d'admission Sur cette courbe on a repéré par des chiffres romains les phases successives d'un cycle de fonctionnement du cylindre, savoir I = phase d'admission Il = phase de compression III = phase de détente IV = phase d'échappement. A l'instant T 1 de franchissement du point mort haut (PMH) par le piston, la pression dans la conduite d'admission 4 est celle du mélange air-combustible, c'est-à-dire légèrement supérieure à la pression atmosphérique pa, La soupape d'admission 7 étant ouverte (ouverture anticipée: flèche SA), à l'instant T 1 le piston amorce son mouvement en direction du point mort bas en provoquant une aspiration La pression dans la conduite 4 décroit jusqu'à une valeur P min atteinte peu avant la fermeture de la soupape 7 Puis durant les phases de compression, de détente et d'échappement, la pression dans la conduite 4 croit jusqu'à l'instant T 2 de nouveau franchissement du point mort haut PMH par le piston. La détection de paramètres caractéristiques de la courbe de la figure 2 et/ou le relevé et l'analyse de cette courbe permettent de déterminer si le cylindre fonctionne correctement ou non et également d'en effectuer un réglage précis. Ainsi la détection des instants T 1 et T 2 doit permettre de déterminer la période de fonctionnement du moteur (T 2 T 1)/2 Il est donc possible de réaliser un appareil tachymétrique basé sur la détection des crêtes successives du signal de pression prélevé sur la conduite d'entrée entre le papillon de réglage et la35 soupape d'admission. Des agencements analogues avec des capteurs de pression peuvent être envisagés pour le relevé de la pression dans la conduite d'admission de chaque cylindre d'un moteur à deux temps (fig 3) ou d'un moteur rotatif (fig 4) Toutefois, la localisation du point à pression maximale est alors difficile (moteur rotatif ou moteur à deux temps) et il est souhaitable, si l'on souhaite réaliser un appareil de détection universel, d'effectuer la détection des minimums de pression. La figure 5 montre l'agencement schématique d'un tel appareil Le signal électrique de sortie du capteur 12 subit une inversion en 13 de manière que la détection du minimum de pression soit ramené à la détection d'un maximum de signal Le signal ainsi obtenu est appliqué, d'une part, à un dispositif 14 de détection de crêtes et, d'autre part, à une entrée d'un comparateur 15 dont l'autre entrée reçoit le signal de sortie du dispositif de détection de crêtes 14 Le signal de sortie du comparateur 15 est constitué par une suite d'impulsions apparaissant à des instants T'1, T'2, en coïncidence avec les minimums de pression de la conduite d'admis- sion, comme représenté à la fig 6 (l'échelle des temps de la fig 6 est en correspondance avec l'échelle des temps de la fig 2) Enfin, une unité de calcul 16 détermine les valeurs successives (T'2 T'1)/2 repré- sentant la période du cycle du cylindre, d'o une con- naissance exacte de la vitesse de rotation instantanée et/ou moyenne du moteur Un appareil ainsi agencé est alors universel et est à même de réaliser des mesures tachymétriques non seulement sur des moteurs à quatre temps, mais aussi sur des moteurs à deux temps ou rotatifs. Un tachymètre pneumatique de ce type est indé- pendant de l'architecture du moteur et de ses consti- tuants et il reste insensible aux parasites électriques, contrairement aux tachymètres connus qui opèrent classiquement par prélèvement de grandeurs électriques (allumage, capteur sur volant moteur,). La mesure tachymétrique qui vient d'être décrite peut être effectuée sans qu'il soit nécessaire de relever de façon effective la courbe de pression. Par contre, un relevé de la courbe de pression rend possible un diagnostic sur le fonctionnement du cylindre, par comparaison avec une courbe de référence correspondant à des conditions parfaites de fonctionne- ment (courbe A en trait plein à la fig 2). A titre d'exemple, dans le cas o il existe une fuite au niveau de la soupape d'admission (déformation de la tête de soupape, siège usé, ), la pression élevée régnant dans le cylindre au cours de la phase de compression est transmise, au moins en partie, par la fuite et la remontée en pression dans la conduite d'admission, à partir de la valeur Pmin' s'effectue beaucoup plus rapidement (courbe B en tirets à la fig. 2). De la même manière, la présence d'une prise d'air parasite sur la conduite d'admission est décelable par le fait que la valeur minimale de la pression dé- tectée par le capteur reste supérieure à la valeur Pmin obtenue en fonctionnement normal (courbe C en trait mixte à la fig 2). Dans le cas spécifique d'un moteur à quatre temps, le relevé de la courbe de la fig 2 permet de déterminer les points de "cassure" (repérés par SA) correspondant aux instants d'ouverture de la soupape d'admission 6; la connaissance du diagramme de distribution permet alors le positionnement des points caratéristiques du cycle moteur. Comme il va de soi et comme il résulte d'ail- leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réa-35 lisation qui ont été plus particulièrement envisagés elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 Procédé pour déterminer des caractéristiques de fonctionnement d'un cylindre ( 1) dans un moteur à explosion dans lequel chaque cylindre est pourvu d'un conduit ( 4) d'admission du mélange air-carburant qui est équipé d'un organe ( 5) de réglage de débit dudit mélange et qui débouche dans le cylindre par un orifice d'admis- sion ( 6), un capteur de pression ( 11) étant relié audit conduit d'admission entre l'organe de réglage et l'orifice d'admission dans le cylindre, caractérisé en ce qu'avec le capteur de pression ( 11) on détecte de façon continue la pression dans le conduit d'admission ( 4) entre l'organe de réglage ( 5) et l'orifice ( 6) d'admission dans le cylindre, en ce qu'on convertit de façon continue ladite pres- sion en un signal électrique analogique représentatif de cette pression et de ses variations, et en ce qu'on traite (en 12) ce signal électrique de manière à obtenir au moins une caractéristique souhaitée du fonctionnement du cylindre. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de pression ( 11) est un capteur piézoélectrique. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce qu'on affiche en continu la courbe représentative de l'évolution de ce signal électrique dans le temps, en ce qu'on compare la courbe relevée avec une courbe de référence, et en ce qu'on en déduit un diagnostic sur le fonctionnement du cylindre. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce qu'on détecte les instants d'occurrence des crêtes du signal électrique, en ce qu'on mesure la durée séparant deux crêtes succes- sives et en ce qu'on en déduit la vitesse de rotation du moteur. 1 1 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on détecte les crêtes inférieures du signal électrique. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3 appliqué à un moteur à explosion à quatre temps, caractérisé en ce qu'on détecte les temps d'occurrence des maximums d'amplitude du signal électrique, lesquels maximums correspondent au fran- chissement du point mort haut par le piston. 7 Appareil pour déterminer des caractéristiques de fonctionnement d'un cylindre dans un moteur à explo- sion dans lequel chaque cylindre ( 1) est pourvu d'un conduit d'admission ( 4) du mélange air-carburant qui est équipé d'un organe ( 5) de réglage du débit dudit mélange et qui débouche dans le cylindre par un orifice d'admis- sion ( 6), un capteur de pression ( 11) étant relié audit conduit d'admission ( 4) entre l'organe de réglage ( 5) et l'orifice ( 6) d'admission dans le cylindre, caractérisé en ce que le capteur de pression ( 11) est agencé pour détecter de façon continue la pression dans le conduit d'admission entre l'organe de réglage ( 5) et l'orifice ( 6) d'admission dans le cylindre, en ce qu'il comprend des moyens convertisseurs aptes à convertir de façon continue la pression détectée en un signal électrique analogique représentatif de cette pression et de ses variations, et en ce qu'il comprend en outre des moyens ( 12) de traitement du signal électrique aptes à fournir des informations représentatives d'au moins une caracté- ristique souhaitée du fonctionnement du cylindre. 8 Appareil selon la revendication 7, caracté- risé en ce que le capteur de pression et les moyens convertisseurs sont constitués par un capteur piézo- électrique ( 11). 9 Appareil selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les moyens de traitement du signal électrique comprennent des moyens d'affichage aptes à afficher en continu la courbe représentative des variations de ce signal électrique, de manière que, par comparaison avec une courbe de référence, on puisse en déduire un diagnostic de fonctionnement du cylindre. Appareil selon l'une quelconque des reven- dications 7 à 9, caractérisé en ce que les moyens de traitement du signal électrique ( 12) comprennent en outre des moyens de détection aptes à détecter les crêtes du signal électrique, des moyens de mesure du temps aptes à mesurer la durée séparant deux crêtes successives et des moyens de calcul aptes à en déduire la vitesse de rotation du moteur. 11 Appareil selon la revendication 10, carac- térisé en ce qu'il est agencé pour que les moyens de détection détectent les crêtes inférieures du signal électrique. 12 Appareil selon la revendication 11, carac- térisé en ce que les moyens de traitement du signal électrique ( 12) comprennent: des moyens inverseurs ( 13) pour inverser le signal électrique fourni par les moyens convertisseurs, les moyens de détection de crête ( 14) étant connectés à la sortie desdits moyens inverseurs, des moyens comparateurs ( 15) pour comparer le signal fourni par les moyens inverseurs ( 13) et le signal fourni par les moyens de détection de crête ( 14), et des moyens ( 16) d'exploitation du signal de sortie des moyens comparateurs ( 15).