Brevet FR2739141A1 — publié le 19970328

La présente invention concerne un procédé de détermination de la richesse optimale d'un mélange air / carburant alimentant un moteur à combustion interne et un dispositif correspondant. Plus particulièrement ce dispositif est destiné à équiper des moteurs du type de ceux utilisés dans les pompes, les groupes électrogènes, les tondeuses à gazon etc... Les moteurs du type évoqué précédemment, sont généralement utilisés à régime constant, quelle que soit la charge. Leur système de carburation, doit donc les alimenter en air et en carburant de façon appropriée, quelle que soit la charge du moteur. D'autre part, par souci de qualité de l'environnement, il est apparu nécessaire d'imposer des normes d'émissions de polluants pour ces petits moteurs à combustion interne, comme cela est déjà le cas, pour les moteurs équipant les véhicules automobiles. Pour diminuer la pollution d'un moteur, il est impératif de brûler au maximum le carburant, pendant la phase de combustion du mélange. II convient donc de déterminer le mélange optimal d'air et de carburant (c'est à dire la richesse optimale du mélange) permettant une combustion complète. Lorsque le moteur est ainsi alimenté, avec un mélange à la richesse optimale, on remarque que le couple délivré par le moteur est également optimal, ainsi que la vitesse de rotation du moteur. Pour vérifier qu'un moteur fonctionne à la richesse optimale, il suffit donc de déterminer quel est le mélange air / carburant, donnant une vitesse de rotation maximale au moteur. Malheureusement dans le cas des tondeuses à gazon, des groupes électrogènes etc, le moteur est muni d'un régulateur de vitesse afin de présenter une vitesse de rotation constante. Pour de tels moteurs, à régulateur de vitesse, la surveillance du régime moteur n'est donc pas significative du couple et de la richesse optimum. La surveillance d'un autre paramètre moteur s'impose donc. D'autre part cette surveillance doit nécessiter le moins de capteurs spécifiques possible, ceci afin de ne pas en augmenter le coût. L'invention a donc pour objet de créer un procédé et un dispositif adaptés pour faire varier la richesse d'un mélange alimentant un moteur à combustion interne muni d'un régulateur de vitesse, de manière simple et économique en employant le moins de capteurs spécifiques possibles, ceci afin de déterminer quelle est la valeur de richesse optimale de ce moteur. A cet effet la présente invention concerne un procédé de détermination de la richesse optimale d'un mélange air / carburant alimentant un moteur à combustion interne, le dit moteur comportant notamment un régulateur de vitesse adapté pour faire varier l'angle d'ouverture d'un papillon d'admission du mélange afin de maintenir le moteur à une vitesse de rotation constante, le procédé consistant à alimenter en mélange initial air / carburant le moteur et à réguler la vitesse de rotation du moteur en agissant sur la position du papillon, le dit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste en outre à:: - provoquer une pluralité de sauts de richesse dans le mélange alimentant le moteur, - mesurer les variations de la position du papillon correspondantes à chacun des sauts de richesse, - en déduire lorsque les variations de position du papillon sont inférieures à un seuil que le mélange est à la richesse optimale et lorsque les variations de position de papillon sont supérieures à ce seuil que la richesse du mélange doit être modifiée et, - effectuer, le cas échéant, une correction de la richesse du mélange initial alimentant le moteur en tenant compte de l'amplitude des variations de position papillon mesurées. L'intérêt d'un tel procédé réside dans le fait que le suivi de la position du papillon est facile à réaliser par un capteur bon marché. En outre le fait de tenir compte de l'amplitude des variations de la position papillon, permet de déterminer rapidement la richesse optimale du moteur en question. Plus cette détermination est rapide et moins le moteur pollue au démarrage. La détermination de la richesse optimale est effectuée au moins à chaque démarrage et est ensuite appliquée pendant toute la durée de fonctionnement du moteur. Cette détermination peut également être effectuée après chaque variation significative du couple résistant du moteur. Avantageusement comme la richesse optimale est recherchée à chaque démarrage, I'usure du moteur, la composition du carburant etc, sont continuellement pris en compte. La présente invention concerne également un dispositif mettant en oeuvre le procédé cidessus décrit. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique représentant, un dispositif selon l'invention appliqué à un moteur présentant un carburateur, - la figure 2 est une vue montrant les variations simultanées de la richesse et de la position du papillon, et - la figure 3 est une vue schématique représentant un dispositif selon l'invention appliqué à un moteur muni d'un système à injection électronique. Selon la forme de réalisation représentée à la figure 1, le moteur 10 selon l'invention comporte un cylindre unique Il (comme cela est généralement le cas pour les petits moteurs en question) recevant un mélange air / carburant en provenance d'un carburateur 12. Ce carburateur, de type classique, est alimenté d'une part en air par l'intermédiaire d'un filtre à air 13, et d'autre part en carburant par l'intermédiaire d'une cuve à carburant 14, munie d'un actuateur de débit 15 délivrant le carburant à l'intérieur du carburateur. Le moteur selon l'invention est également muni d'un régulateur de vitesse 16, de type connu, compensant les variations de régime de rotation du moteur en agissant sur la position d'un papillon 17 d'admission du mélange. Le moteur selon l'invention comporte, en outre, un capteur 18 adapté pour déterminer la position du papillon. Ce capteur est par exemple un simple potentiomètre. Le capteur de position 18, I'actuateur de débit de carburant 15 et le moteur 10 sont, en outre, reliés à un calculateur 19, mettant en oeuvre le procédé de détermination de la richesse optimale selon la présente invention. Ce procédé est décrit ci - après. Le moteur 10 selon l'invention est tout d'abord mis en fonctionnement. A cet effet le carburateur 12 mélange, d'une part, d'une façon prédéterminée le carburant en provenance de la cuve 14 fourni par l'actuateur de débit 15 et d'autre part, I'air ayant traversé le filtre 13. De manière connue une fois le moteur en marche le régulateur de vitesse 16 agit sur la position du papillon pour maintenir constant le régime du moteur. En effet en faisant varier l'angle d'ouverture du papillon on provoque des variations du couple moteur et donc des variations du régime. Le fonctionnement d'un tel moteur muni d'un régulateur de vitesse est connu en soi et ne sera pas détaillé ici. Selon l'invention, lorsque le moteur est en fonctionnement, et de préférence peu après son démarrage, le calculateur 19 provoque une pluralité de sauts de richesse SI (figure 2). De préférence on provoque trois sauts de richesse consécutifs. En général on commence par augmenter la richesse r du mélange alimentant le moteur. Le capteur de position 18 mesure alors les variations a de la position du papillon provoqué par ces sauts de richesse. Lorsque que le moteur tourne à charge constante, si ces sauts de richesse ont provoqué une fermeture du papillon (cas représenté à la figure 2, le papillon présentant initialement 45- d'ouverture et pendant le saut de richesse 43 d'ouverture), c'est que la richesse du mélange a provoqué une augmentation du régime de rotation du moteur et que le régulateur de vitesse a imposé une diminution de ce régime de rotation pour le maintenir à une vitesse constante. Le calculateur en conclu donc, que le couple optimal du moteur n'est pas atteint, et que le mélange alimentant le moteur est pour l'instant trop pauvre. Le calculateur effectue la moyenne des variations de position du papillon pendant la série de sauts de richesse réalisé.En fonction de cette valeur, il détermine la correction à apporter à la richesse du mélange pour que celui-ci soit au couple optimum. Cette correction est effectuée par l'intermédiaire de l'actuateur de débit 15 qui va agir sur la quantité de carburant amené dans le carburateur. Dés que cette correction est effectuée le moteur est censé fonctionner à son couple optimum et donc à son minimum de pollution. Une nouvelle série de sauts de richesse est alors commandée par le calculateur. Les variations de la position du papillon crée par cette nouvelle série de sauts de richesse sont alors très faibles. En effet lorsque le moteur est à son couple optimum, les variations de richesse ne provoquent sensiblement pas de variations de régime. La moyenne des variations de la position du papillon pendant cette nouvelle série de saut, est alors inférieure à un seuil minimum de variation. Dans ce cas le moteur est à son couple optimal et la richesse du mélange est également optimale. Bien entendu le procédé selon la présente invention est répété le nombre de fois nécessaire, jusqu'à détection de la richesse optimale. Dés que cette richesse optimale est déterminée, elle est appliquée au moteur pendant toute la durée de son fonctionnement. Pour faciliter le travail du calculateur lors de la détermination de la correction à apporter à la richesse du mélange, des cartographies sont réalisées à partir d'un moteur type. Ces cartographies donnent en fonction de la richesse initiale du mélange, la correction à appliquer selon la moyenne des variations de position papillon mesurées.Ainsi on mémorise une première table donnant pour chaque angle moyen o;ouverture àe papillon avant appiication aes sauts ae richesse et pour chaque variation de position papillon après application de saut de richesse, la valeur de la correction à appliquer au mélange lorsque le mélange initial est trop pauvre, et une seconde table donnant, de même, la valeur de la correction à appliquer au mélange lorsque le mélange initial est trop riche. En effet lorsque le mélange initial est trop riche, la correction à apporter est une diminution de la quantité de carburant amenée vers le carburateur, et lorsque le mélange initial est trop pauvre c'est une augmentation de la quantité de carburant à injecter qu'il convient de réaliser. Dans l'exemple donné précédemment (figure 2) le mélange initial état trop pauvre puisqu'il provoquait une fermeture du papillon. Bien sur dans le cas d'un mélange initial trop riche, c'est au contraire, une ouverture du papillon qui est observée. La première série de sauts de richesse effectuée a donc pour but, d'une part de déterminer la richesse du mélange initial (trop riche ou trop pauvre), et d'autre part de déterminer l'amplitude des variations de position papillon mesurées, afin de déterminer la correction appropriée. Si cette amplitude est supérieure à un seuil déterminé expérimentalement sur un moteur type, une correction est à appliquer. Par contre si cette amplitude est inférieure à ce seuil, le moteur fonctionne à la richesse optimale et aucune correction n'est à appliquer. Les cartographies réalisées sur un moteur type permettent de simplifier le travail du calculateur qui n'a qu'à rechercher pour la moyenne de variation mesurées qu'elle est la correction à appliquer. Cependant, en variante, le calculateur peut très bien effectuer les calculs nécessaires, à chaque série de sauts de richesse, pour déterminer b correction à appliquer. On remarquera que la pluralité de sauts de richesse est réalisée en injectant des quantités de carburant différentes des quantités initiales alimentant le moteur. De même on pourrait obtenir une pluralité de sauts de richesse en injectant des quantités d'air différentes des quantités initiales alimentant le moteur. La figure 3 montre un moteur non seulement équipé d'un régulateur de vitesse 16, mais aussi d'un système d'injection 15'. Dans ce cas il n'y a pas de carburateur et le papillon des gaz est tout simplement placé dans la tubulure d'admission du moteur. Le carburateur est remplacé par le collecteur d'admission dans lequel le mélange de l'air et du carburant est effectué. Le procédé de détermination de la richesse optimale du mélange alimentant le moteur selon l'invention reste identique à celui expliqué en regard de la figure 1. Dans le cas de ce moteur, cependant, c'est le temps d'injection du carburant qui est modifié et les cartographies de correction comportent donc des valeurs de correction qui correspondent à des temps d'injection de carburant. Le reste du procédé ci-dessus décrit en référence à la figure 1 demeure applicable. II est à noter que dans le cas d'un moteur équipé d'un régulateur de vitesse et d'un système d'injection de carburant, il n'est pas nécessaire de rajouter un capteur de position du papillon, car ce moteur en possède déjà un pour le calcul du temps d'injection. On notera ainsi que l'adaptation d'un tel moteur pour le rendre conforme aux nouvelles normes de pollution est peu coûteuse. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisations ci-dessus décrits et englobe toute variante à la portée de l'homme de l'art. Ainsi au lieu de modifier la quantité de carburant alimentant le moteur pour provoquer les sauts de richesse, on peut modifier la quantité d'air admise. REVENDICATIONS 1] Procédé de détermination de la richesse optimale d'un mélange air I carburant alimentant un moteur à combustion interne, le dit moteur (10) comportant notamment un régulateur de vitesse (16) adapté pour faire varier l'angle d'ouverture d'un papillon (17) d'admission du mélange dans le moteur afin de maintenir celui-ci à une vitesse de rotation constante, le procédé consistant à alimenter en mélange initial air / carburant le moteur et à réguler la vitesse de rotation en agissant sur la position du papillon1 le dit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste en outre à:: - provoquer (15, 15') une pluralité de sauts de richesse dans le mélange alimentant le moteur, - mesurer (18) les variations de la position du papillon correspondantes à chacun des sauts de richesse, - en déduire (19) lorsque les variations de position du papillon sont inférieures à un seuil, que le mélange est à la richesse optimale et lorsque les variations de position de papillon sont supérieures à ce seuil, que la richesse du mélange doit être modifiée et, - effectuer le cas échéant une correction de la richesse du mélange initial alimentant le moteur en tenant compte de l'amplitude des variations de position papillon mesurées. 2] Procédé de détermination selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on provoque une pluralité de sauts de richesse en injectant des quantités de carburant différentes des quantités initiales alimentant le moteur. 3] Procédé de détermination selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on orovoaue une Dluralité de sauts de richesse en injectant des auantités d'air différentes des quantités initiales alimentant le moteur. 4] Procédé de détermination selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue trois sauts de richesse consécutifs, et en ce que l'on moyenne les variations de position papillon mesurées pendant ces trois sauts pour déterminer la correction de richesse à appliquer. 5] Procédé de détermination selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on mémorise une première table donnant pour chaque valeur moyenne d'angle d'ouverture papillon et pour chaque variation d'angle d'ouverture, la correction à appliquer au mélange initial, lorsque le mélange initial est trop pauvre, et une seconde table donnant pour chaque valeur moyenne d'angle d'ouverture papillon et pour chaque variation d'angle d'ouverture, la correction à appliquer au mélange initial, lorsque le mélange initial est trop riche. 6] Procédé de détermination selon la revendication 5, caractérisé en ce que chacune de ces tables est mémorisée dans une cartographie, ceci pour chaque moteur type. 7] Dispositif mettant en oeuvre le procédé de détermination selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens (15, 15') adaptés pour imposer des sauts de richesse au mélange air / carburant initial alimentant le moteur, - un moyen de mesure (18) des variations de la position papillon, - un moyen de calcul (19) adapté pour déterminer la richesse du mélange initial alimentant le moteur, et - un moyen de détermination de la correction à appliquer à la richesse du mélange en fonction de la position initiale du papillon, de l'amplitude des variations de position papillon mesurées et de la richesse du mélange initial. 8] Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens adaptés pour imposer des sauts de richesse sont constitués par un actuateur de débit de carburant (15). 9] Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de détermination de la correction à appliquer sont constitués par deux cartographies donnant la correction à appliquer en fonction des variations de la position papillon, respectivement lorsque le mélange initial est pauvre et lorsqu'il est riche. 10] Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que lorsque le moteur comporte un système d'injection électronique (15') la correction à appliquer est une variation du temps d'injection du carburant.