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La présente invention a pour objet une methode
perfectionnee ae regulation automatique d'un moteur ~
combustion interne en vue de réaliser et de maintenir des
conditions de ~onctionnement predeterminees/ en particulier
de mani~re a assurer une bonne combustion dans les cylindres
du moteur. Cette regulation s'e~fectue en utilisant des
signaux produits par au moins un capteur de mesure d'un
phenomène lie à la combustion pour commander le moment
d'initiation de celle-ci. Pour cette raison, le fonctionne-
ment realise par cet asservissement du moment d'initiationde la combustion a au moins une mesure de la qualite de
celle-ci est quali~ie de fonctionnement en boucle fermee
puisque la repercussion de la modification du moment
d'initiation de la combustion sur le deroulement de celle-ci
va se traduire par une modification des signaux produits
par le ou les capteurs qui entralneront, au cycle suivant,
une nouvelle modification dudit moment d'initiation et ceci
jusqu'a ce que les conditions de deroulement de la combustion
soient conformes aux objectifs que l'on s'est fixe.
Le moment de commande de l'initiation de la
combustion dans un cylindre correspond generalement, soit
à l'avance a l'allumage mesurant l'intervalle angulaire en
degres d'angle de rotation du vilebrequin entre le point
mort haut et la position du viiebrequin au moment o~ les
bougies sont alimentees en haute tension, dans le cas d'un
moteur ~ allumage commande, soit à llavance à l'injection
mesurant l'intervalle angulaire en degres d'angle de rota-
tion du vilebrequin entre le point mort haut et la position
du vilebrequin au moment o~ le combustible est injecte dans
les cylindres, dans le cas d'un moteur à allumage par com-
pression.
Selon l'invention, il est prevu une methode per-
fectionnee de régulation automatique du moment de commande
de l'initiation de la combustion d'un moteur ~ combustion
interne comportant au moins un cylindre muni de moyens de
reperage de positions anguIaires de l'arbre moteur cor-
635~ ~
respondant à la detection d'au.moins un phenomene caracte-
ristique des conditions de fonctionnement du moteur lorsque
ce phenomène et/ou sa detection presente un caractèr~
aleatoire c~acterisee en ce que pour ledi-t cylindre,on mesure la
position angulaire de l'arbre moteur au m~ment où l'on detecte ledit
phénomene, puis lorsqu'au moins un nombre P de mesures
validees a ete obtenu pendant un nombre de cycles au plus
egal à une valeur predeterminee Q, on determine une valeur
angulaire statistique representative des mesures validees
et, ~ partir de cette valeur statistique, on determine et
on applique aux moyens de commande une valeur modifiee du
moment de commande de l'initiation de la combustion de
maniere à ce que ladite valeur statistique prenne une valeur
predeterminee V.
Cette valeur predeterminée V, ainsi que le nombre
P ou le nombre Q, pourront 8tre, soit des valeurs fixes, soit
fonction d'au moins un paramètre agissant sur les conditions
de fonctionnement du moteur tel le regime du moteur, sa
charge, son bruit, la teneur en produit polluant des gaz
d'echappement, la nature du carburant, une temperature du
moteur.
De manière preferentielle, lorsque le moteur
comporte plusieurs cylindres dont au moins un est equipe
de moyens de detection du phenomène caracteristique du
fonctionnement du moteur, la valeur statistique elaboree
à partir des mesures effectuees sur ledit cylindre est aussi
utilisee pour determiner la valeur modifiee du moment de
commande de l'initiation de la combustion dans les cylindres
non equipes des moyens de detection dudit phenomène carac-
teristique.
Préferablement, lorsque le moteur comporte plusieurscylindres dont deux au moins sont equipes de moyens de
detection dudit phenomène, la valeur statistique elaboree
pour au moins l'un des cylindres equipes des moyens de
detection est utilisee pour commander le moment d'initiation
3~39
de la combustion dans un autre c~lindre non equipe des
moyens de detection ou pour lequel le nombre de mesures
validées dudit phénom~ne caracteristique a ete inferieur
a P pendant Q cycles.
Selon une variante preferee de la :methode de
l'invention, si dans chacun des cylindres equipe des
moyens de detection, la detection du phenomène caracteris-
tique des conditions de fonctionnement du moteur n'a ete
effective qu1un nombre de fois inférieur à P pendant Q
cycles, on donne a l'avance une valeur predeterminee qui
peu-t être eventuellement fonction de la valeur prise par au
moins un parametre ayant une influence sur le fonctionnement
du moteur tel sa charge, la tsmpérature des gaz a l'admis-
sion ou d'autres températures caractéristiques, diverses
pressions mesurables sur le moteur, ou en fonction de la
nature du carburant ou d'un parametre tel la position de
l'accélérateur qui traduit l'intention du conducteur. Dans
ce cas, il n'y aura plus d'asservissement aux caractéristi-
ques de la combustion et le fonctionnement du systeme sera
dit en boucle ouverte.
Le caractère aleatoire du phénomene caractéristi-
que du fonctionnement du moteur peut resider, par exemple,
mais non limitativement, dans l'apparition ou non du
phénomène lui-même, dans sa detection ou sa non detection
et enfin, dans le fait que le phenomene caracteristique du
fonctionnement du moteur apparalt a des positions angulaires
variables du vilebrequin.
Il est possible selon l'invention de contr81er
les differentes detections ainsi que l'intervalle des valeurs
de llangle du vilebrequin auquel elles sont produites, ceci
afin de décider de leur validation ou de leur rejet.
Le choix et la sévérité des criteres de validation
sont laissés a l'appréciation de l'homme de l'art et peuvent
aller des moins sévères (il suffit que la détection ait
lieu) aux plus sevères (par exemple, detection intervenant
-- 3 --
~2~?4~;3~
dans une fenêtre tres etroite~.
L'utilisation d'une valeur statistique represen-
tative des valeurs angulaires des positions de l'arbre
moteur au moment où est detecte le phenomène caracteristi-
que de fonctionnement du moteur répond au souci d'eviterles aleas dûs ~ des valeurs erratiques non representatives
du phenomène que l'on desire mesurer. La valeur à retenir
doit être une valeur que l'on peut qualifier de ~normale~
et non une valeur exceptionnelle ou erratique. C'est la
raison pour laquelle il est necessaire d'utiliser plusieurs
mesures de valeurs naturellement dispersees afin d'en
extraire la valeur dite normale. Bien entendu, plus grand
sera le nombre de valeurs retenues comme population statis-
tique à partir de laquelle on extraira la valeur represen-
tative, plus cette dernière sera considéree comme normale.Toutefois, on est en pratique limité par la necessité
d'eviter un echelonnement des mesures sur une periode non
representative des conditions actuelles de fonctionnement
du moteur et le choix du niveau de la population P minimale
des mesures utilisees pour déterminer une valeur normale
resultera donc d'un compromis, le nombre P de mesures
retenues devant cependant être suffisant pour obtenir une
bonne representativite du phenomène en permettant de
reduire l'influence d'elements exterieurs au phenomène,
dont l'effet perturbateur n'affecte que certains cycles.
La valeur statistique retenue comme representa-
tive de la population P de mesures pourra être, par
exemple, la mediane ou le mode ou une moyenne telle que la
moyenne arithmetique, la moyenne geometrique ou une
moyenne quadratique.
Le choix du t~pe de valeur representative retenu
pour la population de mesures est avantageusement fait en
fonction de la nature du phenomène mesure.
La description qui suit se refère a titre
d'exemple non limitatif seulement, cl deux types de pheno-
-- 4
6~9
menes caracteristi~ues des conditions de fonctionnement
du moteur. Le premier est constitué par le maximum de
pression dans le cylindre, le second par le passage de
front de flamme dans une position repère de la chambre
de combustion.
Ces phenomènes sont respectivement: decrits dans
le cas d'un moteur à allumage commande, dans les brevets
fransais 2.404.121, 2.475.640, americain 4.153.019 et dans
le brevet frangais 2.432.097.
- 4a -
3~
Ces phénomènes se produisent également dans les moteurs
allumage par compression et,là aussi, on peut les utiliser pour le
réglage du moment de commande de ll;nitiation de la combustion.
Ces deux exemples de phénomènes caractéristiques des condi-
tions de fonctionnement du moteur ne sontnullement limitatifs et il
est également possible d'appliquer la méthode selon l'invention au
réglage automatique du moment de commande de l'allumage basé sur
d'autres phénomènes, par exemple sur la fin de la phase de combustion
comme cela est décrit dans le brevet francais 2.466.635.
Ainsi, la présente invention permet de régler le moment de
commande de l'initiation de la combustion dans un moteur à combustion
interne à partir d'informations directement représentatives du fonc-
tionnement du moteur. Grâce à ce fonctionnement en boucle fermée,
l'influence des différents phénomènes intervenant entre le moment de
commande de l'initiation de la combustion et la combustion elle-même,
est automatiquement compensée d'un cycle à l'autre.
De plus, selon la présente invention, la dualité du fonc-
tionnement en boucle fermée et en boucle ouverte,tout en améliorant
les performances du moteur, permet son utilisation sur de larges plages
de fonctionnement sans que le passage de l'un à l'autre de ces deux
modes de fonctionnement soit perceptible.
Dans un premier exemple de la méthode selon l'invention, le
moment de commande de l'initiation de la combustion est réglé pour que,
dans au moins un cylindre~ le moment auquel la pression dans ce cylin-
dre est maximale coincide avec le moment où l'arbre moteur passe dans
une position angulaire déterminée. Pour repérer l'instant où ]a pres-
sion est maximale, on détecte les accélérations auxquelles la culasse
est soumise et on délivre un premier signal représentatif de ces accé-
lérations.
Selon un mode particulier de mise en oeuvre de cette méthode,
ce premier signal est intégré pour obtenir un second signal dont la
valeur est nulle lorsque la pression est maximale dans le cylindre.
12~4~g
Se~n un second mode de mise en oeuvre de cette méthode, le
second signal est intégre pour obtenir un troisième signal dont la
valeur est maximale à l'instant où la pression est maximale dans le
cylindre.
L'expérience a montré que, les conditions de combustion dans
les cylindres étant variables, la détermination du maximum de pression
dans les différents cylindres du moteur présente un certain caractère
aléatoire, soit que cette détection n'ait pas lieu pour tous les cycles
de fonctionnement du moteur, par exemple du fait d'une sensibilité
insuffisante du détecteur sur toute la plage de mesure, soit qu'elle
ne soit pas représentative du fonctionnement du cylindre.
Dans ces conditions, le réglage du moment de commande de
l'initiation de la combustion pourrait ne pas être satisfaisant. La
méthode perfectionnée de mise en oeuvre de l'invention permet d'y
remédier.
Dans un deuxième e:~emple, la métllode de réglage du moment de
commande de l'initiation de la combustion consiste à repérer, au cours
de la combustion dans au moins un cylindre d'un moteur, la position
angulaire de l'arbre moteur pour laquelle la valeur du rapport du vo-
lume du gaz brûlé au volume total du gaz dans le cylindre atteint unevaleur fixée et à modifier le réglage du moment de commande del'ini-
tiation de la combustion de manière que la position repérée de l'arbre
moteur coincide avec une position angulaire prédéterminée. Le rapport
du volume du gaz brûlé au volume total du gaz dans le cylindre peut
être estimé à partir de la detection du front de flamme.
Selon un mode particulier de mise en oeuvre de cette méthode,
on détecte dans au moins un cylindre le passage du front de flamme
(c'est-à-dire de l'interface gaz brûlés-gaz Erais) dans une position
repere et on modifie le moment de commande de l'initiation de la com-
bustion pour faire coincider ce passage avec le passage de l'arbremoteur dans une position angulaire prédéterminée.
463~
Généralement, le front de Elamme est détecté par une sonde
à ionisation qui doit alors fournir un signal caractéristique lorsque
l'arbre moteur est dans une position comprise entre deux limites qui
déEinissent une "fenêtre angulaire" comme indi.qué, par exemple, au
brevet francais 2.432.097 déjà cité. Cette détection peut être égale-
ment réalisée par une sonde de température à Eaible temps de réponse
ou par un capteur de rayonnement.
L'expérience a montré que, les conditions de combustion dans
les cylindres étant variables, la détection du front de flamme par une
sonde à ionisation dans ladite "fenêtre angulaire" présente un certain
caractère aléatoire, soit que cette détection ne soit pas effectuée
pour tous les cycles de fonctionnement du moteur, par exemple du fait
de l'absence de combustion, soit qu'elle ne soit pas considérée comme
représentative du fonctionnement du cylindre. Dans ces conditions, le
réglage du moment de commande de l'initiation de la combustion pourrait
ne pas être satisfaisant. La méthode perEectionnée selon l'invention
permet d'y remédier.
Suivant une variante de la méthode selon l'invention appli--
quée au moteur à allumage commandé, on modifie impérativement le moment
de commande de l'initiation de la combustion à l'apparition du clique-
tis au moins dans le cylindre où le cliquetis a été détecté afin de le
faire disparaitre. Le moment de commnande de l'initiation de la combus-
tion pourra alors être réglé suivant des méthodes connues de l'homme
de l'art telle celle décrite dans le brevet francais 2.337.261 ou
américain 4.211.194.
La méthode selon la présente invention est décrite ci-après
en se référant à la figure anne~ée qui se rapporte, à titre d'exemple
seulement, au cas d'un moteur à quatre cylindres ~, B, C et D non re-
présentés. Les circuits associés à un même cylindre sur cette figure
sont affectés d'un même indice a, b, c ou d.
Le moteur est équipé de détecteurs 64a à 64d fournissant un
signal de mesure en relation avec un phénomène caractéristique des
conditions de fonctionnement du moteur.
J
3~
Ce signal est ensuite traité et éventuellement mis en Eorme
par les circuits 65a à 65d. Ces circuits peuvent: également décider de
la validation ou du rejet de la mesure selon certains critères prééta-
blis ~els par exemple l'amplitude du signal, la forme du signal, etc...
~ insi, par exemple, dans le cas où le phénomène caractéris-
tique du Eonctionnement du moteur est la pression maximale,
le moteur est équipé de moyens capables de la déterminer
dans chaque cylindre. ~ar exemple, mais non limitativement, la culasse
est équipée de quatre détecteurs tels que des accéléromètres 64a à
64d qui délivrent chacun un signal représentatif des accélérations
subies par la culasse au voisinage d'un cylindre déterminé. Le signal
de chaque accéléromètre est transmis à un circuit d'analyse 65a à 65d.
Les quatre accéléromètres 6~a à 64d peuvent etre remplacés
par un seul accéléromètre judicieusement placé sur la culasse du
moteur, ]e signal délivré par cet accéléromètre étant sélectivement
fourni à l'un des circuits d'analyse en fonction cle la position angu-
laire du vilebrequin.
Chaque circuit 65a à 65d délivre un signal caractéristique
lorsque la pression dans le cylindre concerné est maximale. Ce signal
caractéristique (non représenté~ est mis en forme par un circuit appro-
prié, qui délivre par exemple une impulsion lorsque la pression dans le
cylindre est maximale.
Dans le cas où l'on retient comme phénomèlle caractéristique
du Eonctionnement du moteur le passage du front de flamme dans une po-
sition repère, chaque cylindre du moteur est équipé cl'une sonde à ioni-
sation 64a, 64b, 64c et 64d qui émet un signal à chaque passage du front
de flamme dans la position repère. Le signal de chaque sonde est un
signal analogique qui est transformé en signal logique par un conver-
tisseur analogique-logique 65a, 65b, 65c et 65d.
~a2~ i39
Le signal de chaque circuit 65a à 65d est envoyé à un cir-
cuit 66a, 66b, 66c ou 66d qui repère la position angulaire de l'arbre
moteur pour laquelle apparait le signal caractéListique correspondant,
et délivre un signal représentatif de cette position. Le fonctionnement
de chacun des circuits de repérage angula:ire 66a à 66d est synchroni~sé
par une horloge 67, qui est, par exemple, du type de celle décrite dans
le brevet fran,cais 2.404.121.
Un circuit 68, associé à l'horloge 67, valide successivement
les signaux transmis par chaque circuit 66a à 66d dans un intervalle
angulaire déterminé de rotation de l'arbre moteur dans lequel le cir-
cuit d'analyse concerné 65a à 65d est susceptible de délivrer son si-
gnal.
Le signal produit par chacun des circuits de repérage angu-
laire 66a à 66d est envoyé à un circuit de traitement 69a à 69d respec-
tivement.
Chaque circuit de traitement est adapté, à chaque cycle cle
fonctionnement clu cylindre correspondant, à délivrer un signal de réfé-
rence après avoir successivement :
a) établi une valeur statistique représentative des différentes
valeurs angulaires de position du vilebrequin pour lesquelles
la sonde à ionisation a délivré un nombre de signaux P prédé-
terminé pour un nombre Q de cycles de fonctionnement,
b) adopté, quand elle existe, la valeur stat;stique représentative
des dif:Eérentes valeurs angulaires de la position du vilebre-
quin établie par l'un des circuits de traitement correspondant
aux autres cylindres, lorsqu'au bout des Q cycles de fonction-
nement le nombre de signaux délivrés reste inEérieur à P, et
c) élaboré un signal de référence représentatif de la valeur sta-
tistique déterminée comme indiqué dans les étapes a ou b, ce
signal de référence étant utilisé pour commander l'avance à
l'allumage comme indiqué ci-après.
6~g
Selon une autre variante de l'invention permettant une
adaptation plus rapide du moment de commande de l'initiation de la
combustion aux condi~.ions de Eonctionnement du moteur, chaque circuit
de traitement est adapté, à chaque cycle de fonctionnement du cylindre
correspondant, à délivrer un signal de référence après avoir successi-
vement :
a) établi une valeur statistique représentative des différentes
valeurs angulaires de la position du vilebrequin pour lesquelles
le circuit d'analyse a délivré un nombre de signaux prédéterminé
P pour un nombre de cycles de fonctionnement inférieur à la
valeur Q,
b) adopté, quand elle existe, la valeur statistique représentative
des différentes valeurs angulaires de la position du vilebrequin
établie par l'un des circuits de traitement correspondant aux
- autres cylindres, lorsqu'au bout des Q cycles de Eonctionnement
le nombre de signaux délivrés reste inférieur à P, et
c) élaboré un signal de réEérence représentatif de la valeur sta-
tistique déterminée comme indiqué dans les étapes a ou b, ce
signal de référence étant utilisé pour commander l'avance à
l'allumage comme indiqué ci-après.
~ es valeurs de P et Q sont déterminées pour chaque type de
moteur de facon à obtenir un fonctionnement satisfaisant de celui-ci,
et sont éventuellement fonction des conditions de fonctionnement du
moteur. A titre d'exemple, pour un moteur à allumage commandé de 78kW
de puissance équipant une voiture, d'excellents résultats ont été obte-
nus en adoptant les valeurs suivantes :
P = 8 et Q = 16
De plus, lors de ces essais, un circuit de traitement corres-
pondant à un premier cylindre du moteur, était concu pour adopter, lors-
que nécessaire, la valeur statistique établie selon le processus de
63~
l'étape a) indiquée plus haut par le circuit de traitement correspon-
dant au cylindre dans lequel l'allumage a eu lieu le plus récemment.
Le signal de référence délivré par chaque circuit de traite-
ment 69a à 69d est transmis à un circuit 70a à 70d respectivement,
adapté à déterminer une valeur d'avance telle que le circuit d'analyse
délivre son signal caractéristique pour une position déterminée du vile-
brequin et à délivrer un signal de commande principal d'ajustement de
l'avance à cette valeur.
Ce signal de commande principal, transmis par un circuit sé-
lecteur 71 dont l'utilité apparaîtra plus loin, actionne soit un géné-
rateur haute tension 72 qui, à travers un distributeur 73, alimente la
bougie d'allumage correspondante dans le cas d'un moteur à allumage
commandé, soit les injecteurs,éventuellement à travers un dispositif
approprié de mise en forme du signal et de commancle cles injecteurs, dans
le cas d'un moteur à allumage par compression.
Ainsi, pendant le fonctionnement normal, le moment de commande
de l'initiation de la combustion est asservi au repérage du maximum de
pression dans un au moins des cylindres du moteur, c'est-à-dire que
pour chaque cylindre, on fixe l'avance de manière que le phénomène
caractéristique du fonctionnement du moteur se produise dans une posi-
tion angulaire déterminée de l'arbre moteur.
Toutefois, comme on l'indiquait plus haut~ il peut exister
des conditions de fonctionnement du moteur pour lesquelles aucun signal
de commande principal n'est délivré pour les circuits 70. Cela est no-
tamment le cas au d~marrage du moteur, ou lo:rsque le nombre de signaux
délivrés est inférieur à P pour tous les cylindres du moteur, ou encore
lorsque les détecteurs 64a et 64d ne délivrent aucun signal, ou à la
suite de la rupture des conducteurs électriques transmettant les signaux
détecteurs.
Dans ce cas, il est prévu un circuit 75 capable de délivrer
un signal de commande secondaire qui correspond à une valeur d'avance
i~2~
déterminée. Cette valeur peut être constante ou variable en fonction
d'au moins un paramètre agissant sur le fonctionnement du moteur, tel
que, par exemple, la vitesse de rotation du moteur mesurée par un détec-
teur 76, la charge du moteur, une température ou une pression caractéris-
tique mesurable sur le moteur (détecteur 77) ou un paramètre extérieur
tel que la position de l'accélérateur.
Le circuit 75 d'élaboration du signal de commande secondaire
peut être de tout type connu et ne nécessite pas d'être décrit en dé-
tail. A titre d'exemple, dans le cas d'un moteur à allumage commandé,
un circuit de ce type équipant certaines voitures RENAULT est commer-
cialisé sous la référence RENIX S 100001-001.
Le signal de commande secondaire est transmis au circuit sé-
lecteur 71.
De même, un circuit de sécurité est prévu pour élaborer un
signal de commande prioritaire lorsque des conditions particulières de
Eonctionnement du moteur apparaissent et sont décelées par un détecteur
approprié 78. Par exemple, mais non limitativement, dans le cas d'un
moteur à allumage commandé, le détecteur 78 délivre un signal lorsqu'ap-
paraît dans l'un des cylindres du moteur un phénomène d'auto-inflam-
mation, ou cliquetis. Le circuit 74 élabore un signal de commande prio-
ritaire modifiant l'avance à l'allumage jusqu'à ce que le phénomène
de cliquetis disparaisse. Ce circuit peut être de tout type connu tel
que, par exemple, celui décrit dans le brevet US 4.120.272.
Le signal de commande prioritaire est transmis au circuit
sélecteur 71.
Le circuit 71 clloisit à tout instant entre le signal de com-
mande principal! le signal de commande secondaire et le signal de com-
mande prioritaire, celui qui commandera l'initiation de la combustion,
en agissant sur le générateur haute tension 72 qui, à travers le dis-
tributeur 73 alimente successivement les bougies d'allumage (non re-
présentées) du moteur, dans le cas d'un moteur à allumage commandé ou
12
~2t~63~
sur les injefteurs,éventuellement à travers un dispositif approprié
de mise en forme du signal et de cornmande des injecteurs,dans le cas
d'un moteur à allumage par compression.
Ce choix est effectué de la manière suivante :
a) à l'apparition d'un signal de commande prioritaire, le sélec-
teur 71 transmet le signal de commande prio-ritaire, soit au
générateur haute tention 72 dans le cas d'un moteur à allumage
comrnandé, soit aux injecteurs,éventuellement à travers un dis-
positif approprié,dans le cas d'un moteur à allumage par com-
pression,
b) en l'absence de signal de commande prioritaire,
b-1) le circuit sélecteur 71 transmet le signal de commande
principal lorsque ce signal existe, et
b-2) en l'absence de signal de commande principal, le circuit
sélecteur transmet le signal de commande secondaire.~
De préférence, la réalisation des circuits référencés 65 à
71 pourra etre Eaite à partir de microprocesseurs préprogrammés à leur
fabrication ou de microprocesseurs programmables tels que INTEL 8085
associé à des mémoires R.O.M. (Read-Only Memory), P.R.O.M. (Programma-
ble Read-Only Memory) ou R.E.P.R.O.M. (Reprogrammable Read-Only ~1emory).
