Brevet FR2713765A1 — publié le 19950616

Procédé pour mesurer une masse d'air aspirée L'invention concerne un procédé pour mesurer une masse d'air aspirée à l'aide d'un débitmètre massique disposé dans une tubulure d'aspiration d'un moteur à combustion interne, à l'aide d'un capteur de mesure relié à un circuit en pont. Un domaine d'application important de débitmètres massiques est la mesure de la masse d'air aspirée par un moteur à combustion interne. Cette mesure est importante notamment pour pouvoir commander l'opération de o combustion du moteur à combustion interne de manière que l'émission de substances nocives soit aussi faible que possible lors de la combustion. Comme cela est connu, dans des moteurs à combustion interne apparaissent des états de fonctionnement qui conduisent à des pulsations dans la tubulure d'aspiration. Ceci peut conduire à des écoulements de reflux de l'air aspiré, qui ont, sur le résultat de mesure, le même effet que la masse d'air aspirée, étant donné que ces écoulements sont ajoutés à la masse d'air aspirée au lieu d'en être soustraits. Ceci fausse le résultat de mesure lorsqu'aucune disposition particulière n'est prise. Il est connu de corriger l'erreur de mesure du débitmètre d'air massique au moyen d'un ensemble adaptable de caractéristiques de pulsation. Un tel champ caractéristique remplace cependant le débitmètre massique d'air d'une manière désavantageuse dans l'ensemble de la gamme de pleine charge du moteur à combustion interne ainsi que dans les zones o il n'apparaît aucun écoulement de reflux et ou, par conséquent, une correction ne serait pas nécessaire. Un autre inconvénient tient au fait que la fourniture ou l'utilisation de débitmètres massiques d'air pour des systèmes étrangers est extrêmement compliquée, étant donné, qu'à cet effet, il faut installer et appliquer un logiciel particulier de correction. L'invention a pour but, tout en évitant l'utilisation d'un champ de caractéristiques pulsatoires, d'indiquer un procédé pour mesurer la masse d'air aspirée, l'écoulement de reflux n'ayant, dans l'ensemble de fonctionnement du moteur à combustion interne, aucune influence faussant le résultat de mesure du débitmètre massique ou bien une telle influence faible au point d'être négligeable. Le problème est résolu, conformément à l'invention, dans le cadre du procédé du type indiqué plus haut, par le fait que dans la tubulure d'aspiration est disposé, en aval du capteur de mesure, un élément de chauffage supplémentaire, qui est chauffé pour des états de charge moyens élevés du moteur à combustion interne. i0 Selon une autre caractéristique, l'élément de chauffage supplémentaire est chauffé à une température, qui est supérieure à la température du capteur de mesure. Selon une autre caractéristique, l'élément de chauffage supplémentaire est disposé parallèlement au capteur de mesure. Selon une autre caractéristique, I'élément de chauffage est disposé en alignement avec le capteur de mesure. Selon une autre caractéristique, le capteur de mesure est formé par une résistance de chauffage de détection. Selon une autre caractéristique, la distance entre la résistance de chauffage de détection et l'élément de chauffage supplémentaire est réglé à une valeur comprise entre 0,5 et 1 mm. Selon une autre caractéristique, l'élément de chauffage supplémentaire est chauffé lorsqu'est détectée le début d'une instabilité d'un signal de grandeur de réglage d'un dispositif de réglage. Selon une autre caractéristique, la température de l'élément de chauffage supplémentaire est réglée à une valeur constante. Selon une autre caractéristique, la température de l'élément de chauffage supplémentaire est réglée à une valeur variable, en fonction de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne. Selon une autre caractéristique, la surface chauffante de l'élément de chauffage supplémentaire est plus étendue que la surface chauffante de la résistance de chauffage de détection. Selon une autre caractéristique, l'élément de chauffage supplémentaire fonctionne d'une manière pulsée. Selon une autre caractéristique, un canal d'écoulement est prévu en aval de l'élément de chauffage supplémentaire. Des résistances de chauffage supplémentaires sont connues en soi. Ainsi, par exemple, dans la demande de brevet allemand 35 15 206 A1 est décrit un dispositif de mesure, dans lequel un élément supplémentaire pouvant être chauffé peut être au choix raccordé en supplément en fonction d'états d'écoulement déterminés, de manière à éliminer par brûlage des dépôts de particules, au moyen de l'air d'aspiration. Sous l'effet du raccordement d'un élément supplémentaire, dans des états d'écoulement déterminés du milieu mesuré, on peut éviter une altération du o10 résultat de mesure, qui apparaît en raison d'un écoulement de reflux du milieu. A cet effet, on chauffe l'élément supplémentaire à une température qui est supérieure à la température du capteur de mesure, en sorte que dans le cas d'un écoulement de reflux, le milieu chauffé par l'élément supplémentaire chauffe le capteur de mesure et, de ce fait, le courant représentant la valeur de mesure passant par le capteur de mesure, est réduit. L'invention peut être appliquée à des débitmètres massiques connus, qui utilisent, comme débitmètres massiques, une sonde qui pénètre dans le milieu à mesurer. Cependant, elle peut être également appliquée à un débitmètre massique, dans lequel la sonde est formée par une résistance de chauffage, qui est disposée dans un circuit en pont connu. En plus de la résistance de chauffage de détection, qui est maintenue de façon connue à une température accrue et constante par un dispositif de régulation, on peut prévoir, en tant qu'élément supplémentaire, une résistance de chauffage supplémentaire, qui est disposée en aval de la résistance de chauffage de détection et peut être chauffée à une température qui est supérieure à la température de la résistance de chauffage de détection. Lorsqu'un écoulement de reflux apparaît dans le cas o une résistance de chauffage supplémentaire est chaude, I'air refluant, qui est chauffé par la résistance de chauffage supplémentaire, est refoulé dans une certaine mesure par-dessus la résistance de chauffage de détection, en sorte que cette résistance ne peut pas se refroidir sous l'effet de l'air qui reflue, ce qui naturellement serait à nouveau compensé immédiatement par le dispositif de régulation et conduirait à un résultat erroné de mesure. L'air chauffé, qui reflue, chauffe par conséquent la résistance de chauffage de détection à une valeur pour laquelle le pont coupe presque complètement le courant traversant la résistance de chauffage de détection, en sorte que le courant de reflux ne fausse pas le résultat de mesure, étant donné qu'un flux massique, qui ne laisse passer aucun courant électrique, ou qui fournit un signal nul, n'est pas détecté lors de la mesure. De façon appropriée, la résistance de chauffage supplémentaire est débranchée dans la gamme de fonctionnement à vide et dans la gamme de pleine charge, étant donné que dans ces gammes, aucun écoulement de reflux n'apparaît. Avantageusement, et grâce à cette disposition, la tension de bord, par exemple dans un véhicule automobile n'est pas sollicitée de façon supplémentaire, et on peut supprimer des éléments de refroidissement spécifiques. Le raccordement supplémentaire de la résistance de chauffage supplémentaire peut être réalisé lorsque le signal de grandeur de réglage du dispositif de régulation pour le pont commence à devenir instable, ce qui permet de conclure au début de l'apparition d'un écoulement de reflux. Cet état peut être détecté par des dispositions appropriées du point de vue circuit. L'effet de la résistance de chauffage supplémentaire est d'autant plus grand que sa température est plus élevée. Si on dispose cette résistance de manière que la masse d'air circule parallèlement à cette résistance et à la résistance de chauffage de détection, on peut influencer d'une manière aussi conséquente qu'on le veut, la résistance de chauffage de détection. C'est pour cette raison qu'il est avantageux que la résistance de chauffage supplémentaire et la résistance de chauffage de détection soient disposées sur un support commun de telle sorte que la résistance de chauffage supplémentaire et la résistance de chauffage de détection soient situées pratiquement sous le vent l'une de l'autre, c'est-à-dire soient disposées en étant alignées l'une sur l'autre. En outre, il est approprié que la surface de chauffage de l'élément de chauffage supplémentaire soit supérieure à la surface de chauffage de la résistance de chauffage de détection. On obtient une faible consommation de courant lorsque l'élément de chauffage supplémentaire fonctionne d'une manière pulsée. En outre, il est approprié de prévoir un canal d'écoulement en aval de l'élément de chauffage supplémentaire, ce qui permet de canaliser l'écoulement de reflux et d'accroître l'action de l'élément de chauffage supplémentaire. Lorsque le moteur à combustion interne fonctionne à pleine charge à des vitesses de rotation assez élevées, il n'apparaît pratiquement plus aucun écoulement de reflux. On obtient alors un fort tourbillonnement de l'air aspiré, qui conduit à un transfert thermique accru qui fausse le résultat de mesure. La résistance de chauffage supplémentaire chaude s'oppose à cet effet, étant donné qu'entre la résistance de chauffage supplémentaire et la résistance de chauffage de détection il ne se produit qu'un faible transfert thermique, qui compense au moins partiellement le transfert thermique qui altère le résultat de mesure. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente un montage connu d'un débitmètre massique pourvu d'une résistance de chauffage supplémentaire selon l'invention; et - les figures 2 à 5 sont des représentations graphiques schématiques de l'installation d'une résistance de détection de température, d'une résistance de chauffage de détection et d'une résistance de chauffage supplémentaire pour l'explication du procédé - la figure 2 représentant l'état dans une gamme ou plage de charge partielle; - la figure 3 représentant l'état à pleine charge sans écoulement de reflux; - la figure 4 représentant l'état à pleine charge avec un écoulement de reflux; et - la figure 5 représentant l'état obtenu à pleine charge et pour des vitesses de rotation élevées. La figure 1 représente le montage, qui est constitué essentiellement par un pont de mesure possédant des première et seconde branches, ainsi que par un amplificateur différentiel auquel sont associés des moyens de commutation. Dans la première branche du pont est située une résistance de consigne du capteur, qui dépend de la température, comme par exemple une résistance à couche chaude Rh ainsi qu'une résistance R3 branchée en série avec la précédente. Dans la seconde branche du pont est située une résistance de forte valeur ohmique Rt, qui dépend de la température et qui sert de capteur de température à réponse rapide et correspond à la température de l'air aspiré et mesure cette température. Des résistances R1 et R2 sont branchées en série avec cette résistance. La résistance de chauffage de détection Rh et la résistance Rt sont disposées dans une tubulure d'aspiration AN (seulement représentée d'une manière partielle) d'un moteur à combustion interne. Ce pont est alimenté en tension par une source de tension Ub, par l'intermédiaire d'un premier transistor T1 au point D. Le point E du pont est raccordé à la masse. La diagonale du pont est formée par un point de prélèvement C situé entre les résistances R1 et R2 et entre Rh et R3. Ces deux points de prélèvement A et C sont reliés aux bornes d'entrée d'un amplificateur différentiel OP1, dont la sortie est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance, à la base d'un autre transistor T2, dont la voie collecteur- émetteur est raccordée, d'une part, à la base du premier transistor T1 et, d'autre part, à la masse. La valeur des résistances Rt, R1 et R2 est choisie de telle sorte que la puissance dissipée de la résistance Rt, qui dépend de la température et est produite par le courant de la branche du pont, qui traverse cette résistance, est io suffisamment faible pour que la température de cette résistance Rt ne varie pratiquement pas dans cette variation de la tension du pont, et corresponde en permanence à la température de l'air aspiré qui passe le long de cette résistance. Le pont doit être dans l'état équilibré pour une température qui correspond approximativement à la température moyenne de l'air. La résistance de chauffage de détection Rh, qui dépend de la température, est chauffée, par l'intermédiaire de la source de tension Ub, à une valeur pour laquelle la tension UAC aux bornes de la diagonale du pont s'annule ou prend une valeur prédéterminée. Un courant déterminé pénètre dans le circuit en pont à partir de la sortie de l'amplificateur différentiel OP1. Si la température de la résistance de chauffage de détection Rh varie en fonction de variations de la quantité de l'air aspiré, la tension UAC aux bornes de la diagonale du pont varie et l'amplificateur différentiel OP1 règle le courant d'alimentation du pont par l'intermédiaire de T1, T2 à une valeur pour laquelle le pont est à nouveau équilibré ou est désaccordé d'une manière prédéterminée. La grandeur de sortie de l'amplificateur différentiel OP1 ou le courant traversant R3 est alors une mesure de la quantité d'air aspirée. Conformément à la présente invention, au voisinage de la résistance de chauffage Rh de détection est prévue, en aval - I'air aspiré circulant est indiqué par une flèche P -, une résistance de chauffage supplémentaire Rz qui est reliée à un dispositif de commande SE. Le cas échéant, le dispositif de commande SE alimente la résistance de chauffage supplémentaire Rz avec un courant qui peut chauffer la résistance de chauffage supplémentaire à une valeur supérieure à la température de la résistance de chauffage de détection. En référence aux figures 2 à 5, on va expliquer le procédé de fonctionnement de la résistance de chauffage supplémentaire. Les mêmes éléments, qui sont identiques aux éléments de la figure 1, sont désignés par les 7 2713765 mêmes chiffres de référence. Comme on le voit immédiatement sur les figures, la résistance Rt de détection de température, la résistance de chauffage de détection Rh et la résistance de chauffage supplémentaire sont disposées successivement dans la direction de l'air aspiré (flèche P) dans la tubulure d'aspiration AN du moteur à combustion interne. A l'état de marche à vide et à pleine charge (figure 2), la pulsation émise par le moteur à combustion interne est amortie par le papillon des gaz (non représenté) de telle sorte que l'air aspiré circule d'une manière approximativement uniforme. La couche limite de la température de l'air aspiré, qui, conformément à la figure 2, circule au-dessus de la résistance de io chauffage de détection et de la résistance de chauffage supplémentaire, est désignée par LV. La résistance de chauffage supplémentaire est débranchée dans cet état de fonctionnement. La figure 3 représente l'état de fonctionnement à pleine charge ou au début de la pleine charge. L'écoulement est fortement pulsatoire, mais avance toujours. Cet indice est utilisé pour le branchement de la résistance de chauffage supplémentaire. La résistance de chauffage de détection travaille normalement et ne tient pas compte de la résistance de chauffage supplémentaire branchée. La figure 4 représente le fonctionnement à pleine charge lorsqu'un écoulement de reflux est apparu. L'air qui reflue, est désigné par LR. La résistance de chauffage supplémentaire est en outre en fonctionnement. L'air LR, qui reflue, circule dans la résistance de chauffage supplémentaire, qui chauffe cet air, à la suite de quoi l'air chauffé, qui reflue, continue à glisser sur la résistance de chauffage de détection. Il s'ensuit que le courant traversant la résistance de chauffage de détection est presque complètement annulé, en sorte que l'air mesuré en excès dans la direction d'avance est compensé. Sur la figure 5, on a représenté le fonctionnement à pleine charge pour des vitesses de rotation élevées. La vitesse d'écoulement est suffisamment élevée pour qu'aucun écoulement de reflux ne soit possible. Cependant il se produit un fort tourbillonnement de l'air aspiré, qui provoque un transfert thermique accru, ce qui donnerait une mesure d'une valeur trop élevée pour la masse d'air aspirée. La résistance de chauffage supplémentaire branchée et chauffée compense les pertes au moyen du transfert thermique au moins au point que le transfert thermique accru est compensé en majeure partie. 8 2713765 REVENDICATIONS 1. Procédé pour mesurer la masse d'air aspirée à l'aide d'un débitmètre massique placé dans une tubulure d'aspiration (AN) d'un moteur à combustion interne, à l'aide d'un capteur de mesure (Rh) relié à un circuit en pont, caractérisé par le fait que dans la tubulure d'aspiration (AN) est disposé, en aval du capteur de mesure, un élément de chauffage supplémentaire (Rz) pouvant être chauffé, qui est chauffé pour des états de charge moyens et élevés du moteur à combustion interne. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément de chauffage supplémentaire (Rz) est chauffé à une température qui est supérieure à la température du capteur de mesure. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément de chauffage supplémentaire (Rz) est disposé parallèlement au capteur i5 de mesure (Rh). 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que l'élément de chauffage supplémentaire (Rz) est disposé en alignement avec le capteur de mesure. 5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur de mesure (Rh) est formé par une résistance de chauffage de détection. 6. Procédé suivant l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que la distance entre la résistance de chauffage de détection (Rh) et l'élément de chauffage supplémentaire (Rz) est réglé à une valeur comprise entre 0,5 et 1 mm. 7. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément de chauffage supplémentaire (Rz) est chauffé lorsqu'est détectée le début d'une instabilité d'un signal de grandeur de réglage d'un dispositif de réglage. 8. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la température de l'élément de chauffage supplémentaire (Rz) est réglée à une valeur constante. 9. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la température de l'élément de chauffage supplémentaire (Rz) est réglée à une valeur variable, en fonction de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne. 10. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la surface chauffante de l'élément de chauffage supplémentaire (Rz) est plus étendue que la surface chauffante de la résistance de chauffage de détection (Rh). 11. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que i0 l'élément de chauffage supplémentaire (Rz) fonctionne d'une manière pulsée. 12. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un canal d'écoulement est prévu en aval de l'élément de chauffage supplémentaire (Rz).