EP0852667A1 - Procede de determination de la richesse optimale d'un melange air/carburant alimentant un moteur a combustion interne et dispositif correspondant - Google Patents

Procede de determination de la richesse optimale d'un melange air/carburant alimentant un moteur a combustion interne et dispositif correspondant

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EP0852667A1
EP0852667A1 EP96928434A EP96928434A EP0852667A1 EP 0852667 A1 EP0852667 A1 EP 0852667A1 EP 96928434 A EP96928434 A EP 96928434A EP 96928434 A EP96928434 A EP 96928434A EP 0852667 A1 EP0852667 A1 EP 0852667A1
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Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the optimum richness of an air / fuel mixture supplying an internal combustion engine and a corresponding device. More particularly, this device is intended to equip engines of the type used in pumps, generator sets, lawn mowers, etc.
  • the object of the invention is therefore to create a method and a device suitable for varying the richness of a mixture supplying an internal combustion engine provided with a speed regulator, in a simple and economical manner by using the least number of specific sensors. possible, this in order to determine what is the optimum richness value of this engine.
  • the present invention relates to a method for determining the optimum richness of an air / fuel mixture supplying an internal combustion engine, said engine comprising in particular a speed regulator. adapted to vary the opening angle of a mixture intake throttle in order to maintain the engine at a constant speed of rotation, the method consisting in supplying the engine with an initial air / fuel mixture and in regulating the speed of rotation of the engine by acting on the throttle position, the said method being characterized in that it also consists in:
  • the determination of the optimum richness is carried out at least at each start-up and is then applied during the entire operating time of the motor. This determination can also be carried out after each significant variation in the resistive torque of the motor.
  • the present invention also relates to a device implementing the method described above.
  • FIG. 1 is a schematic view representing, a device according to the invention applied to an engine having a carburetor
  • FIG. 2 is a view showing the simultaneous variations in the richness and the position of the butterfly
  • FIG. 3 is a schematic view showing a device according to the invention applied to an engine provided with an electronic injection system
  • the engine 10 according to the invention comprises a single cylinder 11 (as is generally the case for the small engines in question) receiving an air / fuel mixture from a carburetor 12
  • This carburetor of the conventional type, is supplied on the one hand with air via an air filter 13, and on the other hand with fuel via a fuel tank 14, provided with a flow actuator 15 delivering the fuel inside the carburetor.
  • the engine according to the invention is also provided with a speed regulator 16, of known type, compensating for the variations in engine rotation speed by acting on the position of a butterfly valve 17 for admitting the mixture.
  • the engine according to the invention further comprises a sensor 18 adapted to determine the position of the throttle valve.
  • This sensor is for example a simple potentiometer.
  • the position sensor 18, the fuel flow actuator 15 and the engine 10 are, in addition, connected to a computer 19, implementing the method of determining the optimum richness according to the present invention
  • the engine 10 is first put into operation
  • the carburetor 12 mixes, on the one hand, in a predetermined manner the fuel coming from the tank 14 supplied by the flow actuator 15 and on the other hand, the air having passed through the filter 13
  • the cruise control 16 acts on the throttle position to keep the engine speed constant Indeed by varying the angle of opening of the throttle causes variations in the engine torque and therefore variations in speed
  • the operation of such an engine fitted with a speed regulator is known per se and will not be detailed HERE
  • the computer 19 when the engine is in operation, and preferably shortly after it has started, the computer 19 causes a plurality of richness jumps S1 (FIG. 2). Preferably, three consecutive richness jumps are caused.
  • S1 richness jumps
  • the position sensor 18 measures the variations ⁇ of the position of the butterfly caused by these jumps in wealth.
  • the engine is supposed to operate at its optimum torque and therefore at its minimum of pollution.
  • a new series of wealth jumps is then ordered by the computer.
  • the variations in the position of the butterfly created by this new series of wealth jumps are therefore very small. Indeed, when the engine is at its optimum torque, the variations in richness do not substantially cause variations in speed.
  • the average of the variations in the position of the throttle during this new series of jumps, is then less than a minimum threshold of variation. In this case the engine is at its optimal torque and the richness of the mixture is also optimal.
  • maps are produced using a standard engine. These maps give, as a function of the initial richness of the mixture, the correction to be applied according to the average of the butterfly position variations measured
  • a first table is memorized giving for each average throttle opening angle before application of the richness jumps and for each butterfly position variation after application of the richness jump, the value of the correction to be applied to the mixture when the initial mixture is too lean
  • a second table giving, likewise, the value of the correction to be applied to the mixture when the initial mixture is too rich.
  • this amplitude is greater than a threshold determined experimentally on a typical motor, a correction must be applied. On the other hand, if this amplitude is less than this threshold, the engine operates at the optimum richness and no correction is to be applied.
  • the plurality of wealth jumps is made by injecting quantities of fuel different from the initial quantities supplying the engine.
  • a plurality of wealth jumps could be obtained by injecting quantities of air different from the initial quantities supplying the engine.
  • FIG. 3 shows an engine not only equipped with a speed regulator 16, but also with an injection system 15 '.
  • a speed regulator 16 In this case there is no carburetor and the throttle valve is simply placed in the intake manifold of the engine The carburetor is replaced by the intake manifold in which the mixture of air and fuel is performed.
  • the method for determining the optimum richness of the mixture supplying the engine according to the invention remains identical to that explained with regard to FIG. 1. In the case of this engine, however, it is the fuel injection time which is modified and the correction maps therefore include correction values which correspond to fuel injection times.

Abstract

La présente invention concerne un procédé de détermination de la richesse optimale d'un mélange air/carburant alimentant un moteur à combustion interne. Ce moteur comporte notamment un régulateur de vitesse afin de maintenir le moteur à une vitesse de rotation constante. Le procédé consiste 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 procédé selon l'invention 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. La présente invention vise plus particulièrement les moteurs utilisés dans les tondeuses à gazon, les groupes électrogènes, etc.

Description

Procédé de détermination de la richesse optimale d'un mélange air/carburant alimentant un moteur à combustion interne et dispositif correspondant
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 a 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 a chaque démarrage, l'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 ci-dessus 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 11 (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, l'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, l'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 S1 (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 α 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 d'ouverture de papillon avant application des sauts de 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 était 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 la 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 procède 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. Il 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 heu de modifier la quantité de carburant alimentant le moteur pour provoquer les sauts de richesse, on peut modifier la quantité d'air admise

Claims

REVENDICATIONS
1] Procédé de détermination de la richesse optimale d'un mélange air / 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 papillon, 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 a un seuil, que le mélange est à la richesse optimale et lorsque les variations de position de papillon sont supérieures a 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 provoque une pluralité de sauts de richesse en injectant des quantités 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 constitues 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
EP96928434A 1995-09-27 1996-08-08 Procede de determination de la richesse optimale d'un melange air/carburant alimentant un moteur a combustion interne et dispositif correspondant Expired - Lifetime EP0852667B1 (fr)

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