FR2468750A1 - Procede et dispositif d'elimination des conditions anormales de combustion dans un moteur a combustion interne - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé et un dispositif d'élimination du cognement dans un moteur à combustion interne. Le cognement se produisant dans le moteur 1 produit des vibrations perçues par un transducteur 2 dont le signal de sortie est comparé, dans un comparateur 4, à un signal de référence provenant d'un appareillage 6. Un écart eventuel engendre, dans le comparateur, un signal de sortie appliqué à un organe de rélage 7 qui modifie la pression dans le système d'admission 8 du moteur pour rétablir les conditions normales.
Description
La présente invention concerne un procédé d'élimina-
tion des conditions anormales de combustion, dites "cognement", dans un moteur à combustion interne, en
particulier du type à explosion, ce procédé consis-
tant, successivement: à surveiller l'évolution d'un paramètre représentatif des conditions de combustion prédominant dans le moteur; à engendrer, en cas d'apparition d'une combustion anormale dans le moteur,
un signal de cognement indiquant cette combustion a-
normale; et à utiliser ce signal de cognement pour amorcer un réglage des conditions de fonctionnement
du moteur en vue d'éliminer cette combustion anormale.
L'invention concerne également un dispositif monté sur un moteur à combustion interne pour la mise en
oeuvre dudit procédé.
Dans les moteurs du type à explosion, on sait que le cognement peut se produire dans certaines conditions de fonctionnement, en particulier lorsque le moteur est fortement chargé. Le cognement est dû à une combustion anarchique de nature explosive dans les cylindres du moteur, causée par l'inflammation locale du mélange gazeux dans la chambre de combustion avant que le rideau de flammes provenant de la bougie ait produit l'allumage. Le moteur est alors soumis à des contraintes élevées de température et de pression
pouvant endommager ses parties mécaniques.
Dans les moteurs à explosion, on savait déjà éliminer
le cognement au moyen d'un détecteur de cognement.
Dans ce dispositif, un transducteur incorporé au dé-
tecteur perçoit le cognement sous la forme d'un ni-
veau de vibrations élevé pour le moteur en question et, en réponse, engendre un signal de sortie réglant
l'allumage du moteur de façon à retarder l'inflamma-
tion du mélange gazeux. Ceci entraîne l'interruption du processus anormal d'allumage, donc les vibrations d'un niveau excessivement élevé
Toutefois ce procédé comporte plusieurs inconvénients.
Le retard d'allumage entraîne une détérioration du rendement thermique, c'est à dire une augmentation de la consommation spécifique de carburant par le moteur se traduisant, au point de vue de la pollution
de l'atmosphère, par des gaz d'échappement plus pau-
vres que dans le cas d'un allumage optimal. La tem-
pérature des gaz d'échappement est en outre plus éle-
vée, ce qui se répercute sur les organes du moteur
et sur son refroidissement.
La présente invention a pour objet de réaliser un procédé et un dispositif de réglage de la combustion d'un moteur permettant d'éliminer les inconvénients précités L'invention est caractérisée en ce qu'elle consiste à régler les conditions de fonctionnement du moteur en abaissant la pression d'admission de celui-ci à un
niveau assurant une combustion normale. Dans le pro-
cédé selon l'invention, la pression d'admission du moteur est réglée en réponse au signal de sortie d'un transducteur. Comme dans les procédés déjà connus, la réduction de la pression d'admission entraîne une réduction du rendement mécanique du moteur du fait de la diminution de la quantité de mélange gazeux qui lui est fournie,mais son rendement thermique n'en sera pas altéré du fait que la consommation spécifique de carburant pourra rester inchangée. En outre, les éléments polluants des gaz d'échappement resteront également inchangés, de même que la température de
ces gaz et la contribution demandée au système de re-
froidissement du moteur.
Dans un mode préféré de réalisation de l'invention,
un signal représentant le paramètre précité est com-
paré à un signal de référence représentant la combus-
tion optimale du moteur de façon à déduire un signal
d'écart constituant le signal de cognement, la pres-
sion d'admission du moteur étant réglée en réponse à l'amplitude de ce signal de cognement. Ce procédé
augmente la précision du réglage de la pression d'ad-
mission du moteur, et la chute de rendement de ce
dernier, produite par le cognement perçu par le trans-
ducteur, pourra être maintenue à une valeur faible Un dispositif préféré de mise en oeuvre de l'invention ayant pour but d'éliminer une condition anormale de combustion, ou cognement, dans un moteur à combustion interne, comporte un transducteur monté sur le moteur
pour surveiller un paramètre représentatif des condi-
tions de combustion prédominant dans le moteur, et une unité de réglage sensible aux signaux provenant dudit
transducteur et pouvant engendrer, en cas d'appari-
tion de conditions anormales, un signal de sortie
commandant un organe de réglage influençant les con-
ditions de fonctionnement du moteur en réponse audit signal de sortie de façon à rétablir les conditions de combustion normales. Cet organe régulateur pourra abaisser la pression d'admission du moteur D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
ressortiront de la description, donnée ai-après, d'un
mode préféré, non limitatif, de réalisation représen-
té sur les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma général faisant comprendre le fonctionnement du dispositif selon l'invention et - la figure 2 est un schéma d'installation, sur un moteur à explosion, du dispositif de la figure 1 La figure 1 montre que, pendant que se déroule la
combustion dans un moteur 1, il se produit des vi-
brations dont le niveau est perçu par un transducteur
2 connecté à ce moteur. En réponse à cette percep-
tion, le transducteur 2 émet un signal de sortie, amplifié par l'amplificateur 3 monté à la suite du
transducteur 2, avant d'être appliqué à un compara-
teur 4. Dans ce dernier, le signal de sortie ampli-
fié, provenant du transducteur 2, est comparé avec une valeur de référence provenant d'un appareil 5 et représentant un niveau de vibrations du moteur correspondant à une combustion normale. Un écart éventuel engendre, dans le comparateur, un signal de sortie correspondant qui, après amplification dans un second amplificateur 6, constituera un signal de
cognement pouvant être transmis à un organe d'action-
nement 7 lequel, en réponse à ce signal de cognement, règlera la pression dans le système d'admission 8 du moteur. La combustion, dans le moteur 1, sera
donc influencée de telle façon que le niveau de vi-
brations perçu ensuite par le transducteur 2 sera pro-
gressivement abaissé jusqu'à ce que lé comparateur 4
n'enregistre plus d'écarts.
La figure 2 expose, de façon plus détaillée, l'appli- cation A-u dispositif selon l'invention à un moteur à explosion équipé d'un compresseur d'alimentation Ce moteur comprend le moteur proprement dit 10, un
système d'admission 11 et un système d'échappement 12.
Un groupe turbo-compresseur 13 comporte un compresseur centrifuge 14 incorporé au système d'admission 11 et une turbine 15, entraînée par les gaz d'échappement,
incorporée au système d'échappement 12. Un distribu-
teur 16 règle l'écoulement des gaz d'échappement dans
un conduit 17 franchissant la turbine 15, donc égale-
ment l'écoulement de ces gaz dans cette turbine, ce qui permet d'agir sur la vitesse de rotation de la turbine et, par conséquent, sur celle du compresseur 14 entraîné directement par elle. Ces modifications de la vitesse de rotation entratnent une variation de la pression dans le système d'admission 11 en aval du compresseur 14, pression qui sera désignée par la
suite sous le nom de "pression de suralimentation".
L'air est aspiré à travers un épurateur 50. Un pa-
pillon de type classique 51 est monté en aval du com-
presseur 14.
Comme de coutume, le distributeur 16 comporte un or-
gane 18 en commandant l'ouverture et la fermeture Le distributeur 16 qui, dans l'exemple représenté, est constitué par une soupape à champignon comporte une tige de soupape 19 fixée à un diaphragme 20 monté dans l'organe de commande 18 et divisant ce dernier en une chambre externe 22 et une chambre interne 23
La chambre externe 22 reçoit la pression de surali-
mentation par un conduit 24. La chambre interne 23, qui communique avec l'atmosphère extérieure, abrite un ressort hélicoïdal 25 attirant la soupape dans le sens de la fermeture. Un conduit 26 fait communiquer le conduit 24 avec le système d'admission 11 en amont du compresseur 14. La partie de ce conduit 24 située
entre le système d'admission 11 et le conduit 26 com-
porte une zone d'écoulement réduit constituée par un rétrécissement 27, nettement plus étroite que la zone
correspondante du conduit 26. Le fluide peut s'écou-
ler dans le conduit 26 lorsque l'organe régulateur, comportant une soupape régulatrice 28 dont la tète
conique 29 s'engage dans le conduit 26, est en posi-
tion ouverte, comme le représente la figure 2.
L'écoulement d'air dans le conduit 26 est réglé par la soupape régulatrice 28, donc également la pression
commandant le distributeur 16 par le conduit 24.
La soupape régulatrice 28 est commandée en réponse à
un signal qui lui est appliqué et dont le niveau re-
présente l'écart entre la pression de suralimentation
réelle et la pression de suralimentation maximale ad-
missible pour que le moteur fonctionne dans les con-
ditions optimales, c'est à dire en dehors de toutes conditions anormales ayant tendance à produire un cognement Le signal appliqué à la soupape régulatrice 28 est engendré dans une unité de commande électronique à laquelle est incorporé un transducteur 30 en forme d'accéléromètre. Normalement, ce transducteur 30
sera du type piézo-électrique et percevra les vibra-
tions des parois du moteur directement occasionnées par les conditions de pression prédominant dans le moteur 10 au cours de la combustion. En réponse à ces vibrations, le transducteur 30 engendre un signal
de sortie directement proportionnel auxdites condi-
tions de pression. Ce signal de sortie est transmis, par une connexion 31, à un circuit amplificateur 32 puis, une fois amplifié, à un comparateur 33 par une connexion 31a Un distributeur 35, monté de façon habituelle sur le moteur, engendre un train d'impulsions d'une fréquence
correspondant directement à la vitesse du moteur.
Ce train d'impulsions est transmis, par une connexion 34, à un convertisseur 36 o il est converti en un
signal de sortie dont la tension varie selon la fré-
quence du train d'impulsions. Le niveau du signal de sortie du convertisseur 36 est donc proportionnel à la vitesse du moteur mais sert également de valeur de
référence directe pour les conditions de pression de-
vant prévaloir pendant la combustion dans un moteur à explosion travaillant à son régime optimal. Le signal
de sortie du convertisseur 36 est appliqué au compa-
rateur 33 par une connexion 34a.
La comparaison du signal représentant les conditions
de pression réelles dans le moteur avec le signal re-
présentant la valeur de critère de ces conditions de pression, effectuée dans le comparateur 33, donne un
signal de sortie dont le niveau représente la diffé-
rence entre ces deux signaux.
Ce signal de sortie est transmis, par une connexion 38, à un intégrateur 40 et le signal qui sort de ce dernier, après y avoir été traité, est transmis, par une connexion 41, à un potentiomètre 42 permettant d'ajuster manuellement le niveau des signaux à une valeur prédéterminée pour un moteur déterminé avant
que le signal ne soit appliqué à une des bornes d'en-
trée d'un comparateur 44. Un conducteur 45 permet-
d'appliquer à la seconde borne d'entrée de ce compa-
rateur 44 un signal provenant d'un transducteur de pression 46 percevant la pression de suralimentation régnant dans le système d'-admission 11 et émettant un signal correspondant. Le transducteur de pression 46 est approprié à émettre un signal de sortie pour la gamme supérieure de suralimentation dans laquelle le
réglage de la pression de suralimentation est impor-
tant pour le cognement
Le comparateur 44 engendre un signal de sortie repré-
sentant la différence entre les signaux reçus et qui est appliqué à un modulateur d'impulsions 48 dans le
quel il est converti en un train d'impulsions de fré-
quence constante dans laquelle la relation entre les alternances positive et négative de chaque période
dépend du niveau dudit signal de sortie du compara-
teur 44. Le train d'impulsions provenant du modula-
teur d'impulsions 48 est amplifié dans un amplifica-
teur 49 constituant l'organe de commande de la sou-
pape régulatrice 28. Cette dernière fonctionne, en principe, comme une soupape à solénoïde de façon à s' ouvrir et à se fermer de pair avec les variations
se produisant entre les alternances positives et né-
gatives du train d'impulsions Les composants de l'unité de commande électronique qu'on vient de décrire comportent des circuits simples
et connus en électronique et ne seront donc pas dé-
crits plus en détail.
Lorsque le moteur fonctionne normalement, le trans- ducteur 30 perçoit un niveau de vibrations normal dans le moteur 10. Le niveau de signal appliqué au
comparateur 33 tombe donc en dessous du niveau du si-
gnal de référence pareillement appliqué au compara-
teur 33. Le signal de sortie de ce dernier prend donc
un niveau proportionnel à la différence entre les ni-
veaux des signaux appliqués. L'intégration des si-
gnaux qui a lieu ensuite dans l'intégrateur 40 engen-
dre un signal de sortie de l'intégrateur qui passe par la connexion 41 et qui, après ajustement éventuel dans le potentiomètre 42, est appliqué au moteur 44
o il sert de niveau de critère pour le signal appli-
qué audit comparateur 44 en provenance du transducteur
de pression 46. Ce dernier signal représente la pres-
sion de suralimentation réelle tandis que le signal
servant de critère représente la pression de surali-
mentation maximale admissible pour assurer une com-
bustion exempte de cognement. Tant que le moteur 10 travaille à un niveau de vibrations normal, tel que perçu par le transducteur 30, le niveau de critère appliqué au comparateur 44 sera si élevé que le niveau de signal réel dans la canalisation 45 ne dépassera pas ce niveau de critère. Le signal de sortie du comparateur 44 est d'un niveau relativement élevé et, après conversion dans le modulateur d'impulsions 48,
on obtient un train d'impulsions dans lequel les par-
ties de la période actionnant la soupape régulatrice 28 de façon qu'elle maintienne ouvert le conduit 26 est grande par rapport aux parties de cette période
actionnant cette soupape de façon qu'elle le main-
tienne fermé. Dans ce dernier cas, l'absence de pres-
sion de commande en provenance du conduit 24 signifie que la pression de suralimentation doit atteindre des
valeurs comparativement élevées avant que ladite pres-
sion du conduit 24 puisse ouvrir le distributeur 16
pour diminuer le courant de gaz d'échappement traver-
sant la turbine 15. Le compresseur 14 pourra alors
engendrer une pression de suralimentation élevée ap-
pliquée au moteur 10 D'autre part, si le transducteur 30 perçoit un niveau de vibrations anormalement élevé dût à ce que le moteur 10 se met à cogner pendant la combustion, il transmet un signal dont le niveau sera plus élevé que le niveau normal. La différence avec- le niveau du signal de référence décroît donc et il en résulte que le niveau du signal de sortie du comparateur diminue, ce qui équivaut à l'émission, par ce dernier, d'un signal de
cognement. Le niveau du signal de sortie de l'inté-
grateur 40 décroit aussi. Le niveau de ce dernier signal de sortie représente un niveau de critère pour
la pression de suralimentation du moteur, correspon-
dant en outre à la pression de suralimentation maxi-
male admissible pour les conditions de fonctionnement du moteur. Il en résulte que le niveau de pression de suralimentation maximale admissible s'abaisse par rapport au niveau normal. La différence avec le
niveau du signal dans la canalisation 45, représen-
tant la pression de suralimentation réelle, est éli-
minée et le niveau de signal de sortie du comparateur
44 change.
Après conversion dans le modulateur d'impulsions 48, le rapport entre les diverses alternances du train
d'impulsions provenant du modulateur se trouve modi-
fié également. Le temps pendant lequel la soupape régulatrice 28 maintient fermé le conduit 26 sera grand par rapport au temps pendant lequel ce conduit sera ouvert. La chute de pression de commande dans le conduit 24 sera donc petite et le distributeur 16
sera alimenté avec une pression de commande compara-
tivement élevée pouvant ouvrir prématurément le dis-
tributeur 16, c'est à dire à une pression de surali-
mentation relativement basse. Le courant de gaz d'é-
chappement dans la turbine 15 décroit ainsi que, par voie de conséquence, la pression de suralimentation engendrée dans le compresseur 14. La diminution de la pression de suralimentation réduit la tendance au cognement du moteur pendant la combustion, perçue par
le transducteur 30, et la soupape 28 reprend sa fonc-
tion régulatrice.
Par rapport à la solution générale représentée à la figure 1, le mode de mise en oeuvre représenté à la
figure 2 ne permet pas seulement une comparaison re-
lative au niveau de vibrations du moteur, mais en ou-
tre une seconde comparaison relative à la pression de suralimentation du moteur. Cette comparaison de la pression de suralimentation assure que le moteur ne
recevra pas une pression de suralimentation plus é-
levée que la pression critère établie au moyen du
potentiomètre 42, même si le moteur est alimenté a-
vec un carburant dont la tendance au cognement est si faible, c'est à dire dont l'indice d'octane est si élevé, qu'il permettrait d'utiliser une pression de suralimentation plus élevée sans causer de cognement
pendant la combustion. Si la comparaison de la pres-
sion de suralimentation n'était pas effectuée, il n'y aurait pas, dans ce cas, de limite supérieure à la pression de suralimentation et le fonctionnement du moteur pourrait atteindre des niveaux pour lesquels il n'a pas été établi
En pratique, le mode de mise en oeuvre selon la figu-
re 2 comporte plusieurs solutions de détail ayant pour but, par exemple, d'assurer que le moteur n'est pas
soumis à des pressions de suralimentation excessive-
ment élevées si une défaillance se produit dans le dispositif, par exemple si le transducteur cesse de fonctionner ou si l'un des conduits 24, 26, etc.,
vient à se rompre.
L'invention est susceptible de nombreuses modifica-.
tions ou autres modes de réalisation sans s'écarter de son domaine propre. Par exemple, le nombre de transducteurs pourra être augmenté ou diminué et leurs signaux de sortie pourront être traités de diverses
façons avant d'être admis à actionner les organes ré-
gulateurs affectant la pression d'admission. Ces organes régulateurs pourront être constitués par un papillon ordinaire placé dans le système d'admission
ou par un organe séparé commandant directement ou in-
directement la pression d'admission du moteur Dans le mode de mise en oeuvre décrit ci-dessus, le transducteur monté sur le moteur est approprié à percevoir le niveau de vibrations du moteur, mais il
serait également possible d'avoir un transducteur sur-
veillant un autre paramètre quelconque représentatif des conditions de combustion dans le moteur, tel que, par exemple, la température ou la pression régnant
dans le moteur. Il serait également possible d'uti-
liser une combinaison de ces différents transducteurs.
246875b
Claims (10)
1. Procédé d'élimination des conditions anormales de combustion, dites "cognement", dans un moteur à
combustion interne, en particulier du type à ex-
plosion, caractérisé en ce qu'il consiste, succes-
sivement: à surveiller l'évolution d'un paramètre
représentatif des conditions de combustion prédo-
minant dans le moteur; à engendrer, en cas d'ap-
parition d'une combustion anormale dans le moteur, un signal de cognement indiquant cette combustion anormele; et à utiliser ce signal de cognement
pour amorcer un réglage des conditions de fonc-
tionnement du moteur en vue d'éliminer cette com-
bustion anormale; lesdites conditions de fonc-
tionnement du moteur étant réglées en abaissant la pression d'admission de celui-ci à un niveau
assurant une combustion normale.
2. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé en
ce qu'il consiste à comparer un signal représen-
tatif dudit paramètre avec un signal de référence représentant les conditions optimales de combustion
dans le moteur pour obtenir un signal d'écart cons-
tituant le signal de cognement, et à ajuster la pression d'admission du moteur en fonction de
l'ampleur dudit signal de cognement.
3. Procédé selon la Revendication 2, caractérisé en ce que le signal de référence utilisé a un niveau proportionnel à la vitesse du moteur
4. Procédé selon la -Revendication 2, caractérisé en
ce qu'il consiste à intégrer le signal de cogne-
ment et à compzrer le signal ainsi obtenu à un signal représentant la pression d'admission réelle, la pression d'admission étant réglée en réponse à
l'ampleur d'un signal d'écart déduit de ladite com-
paraison
5. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé en
ce que le niveau de vibrations du moteur est uti-
lisé comme paramètre.
6. Dispositif d'élimination des conditions anormales de combustion, dites "cognement", dans un moteur à
combustion interne, caractérisé en ce qu'il com-
porte un transducteur monté sur le moteur pour
surveiller un paramètre représentatif des condi-
tions de combustion prédominant dans le moteur,
et une unité de réglage sensible aux signaux pro-
venant dudit transducteur et pouvant engendrer, en cas d'apparition de conditions anormales de
combustion, un signal de sortie commandant un or-
gane de réglage influençant les conditions de fonctionnement du moteur en réponse audit signal de sortie de façon à rétablir les conditions de
combustion normales, ledit organe de réglage pou-
vant abaisser la pression d'admission du moteur.
7. Dispositif selon la Revendication 6, caractérisé
en ce qu'il comporte un organe engendrant, en ré-
ponse à la vitesse du moteur, un signal de réfé-
rence représentant la valeur du paramètre aux con-
ditions optimales de combustion, et, dans l'unité de réglage, un premier comparateur pour comparer le signal du transducteur avec ledit signal de
référence et pour engendrer, comme signal de sor-
tie, un signal d'écart commandant ledit organe de réglage influençant la pression d'admission du moteur.
8. Dispositif selon la Revendication 7, caractérisé
en ce que l'unité de réglage comporte un intégra-
teur totalisant ledit signal d'écart, un trans-
ducteur de pression engendrant un signal de pres-
sion représentant la pression réelle d'admission du moteur, un second comparateur comparant ledit
signal d'écart totalisé avec ledit signal de pres-
sion et engendrant ledit signal de sortie comman-
dant ledit organe de réglage influençant la pres-
sion d'admission du moteur
9. Dispositif selon la Revendication 6, appliqué à un
moteur à explosion surcomprimé et dans lequel le-
dit transducteur est approprié à engendrer un si-
gnal représentant le niveau de vibrations dudit moteur, caractérisé en ce que l'organe de réglage influençant la pression d'admission du moteur est
une soupape du type à solénoïde commandée par le-
dit signal de sortie provenant de l'unité de ré-
glage, ladite unité de réglage engendrant un si-
gnal de sortie pulsé
10. Dispositif selon la Revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un surcompresseur à turbine et, dans le conduit d'échappement du moteur, une soupape réglant l'écoulement de gaz d'échappement dans la turbine entra née par les gaz d'échappe- ment dudit surcompresseur en réponse à la pression régnant dans un réseau de transmission de pression joignant ladite soupape au système d'admission du moteur, ladite soupape à solénoïde, qui influence
la pression d'admission du moteur, étant incorpo-
rée audit réseau de transmission de pression.
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