Brevet FR2467986A1 — publié le 19810430

1._ La présente invention concerne un disposi- tif pour optimiser des caractéristiques d'exploitation d'un moteur à combustion interne, en particulier le moment fourni et la consommation spécifique de carburant, comportant un générateur de signaux d'essai, un capteur permettant la saisie indirecte ou directe des grandeurs à optimiser, ainsi qu'un dispositif de réglage ultérieur des grandeurs de commande du moteur à combus- tion interne. Dans un dispositif connu selon le brevet DE-OS 25 07 055.7 (R 2573), on optimise le dosage de carburant, selon chaque fois l'état de charge, sur la puissance maxima ou la consommation minima de carburant. L'optimisation s'y appuie sur les données du faisceau de caractéristiques, c'est-à-dire de la consommation de carburant en fonction du temps reportée en fonction du débit d'air aspiré en fonction du temps, à vitesse constante prise comme paramètre. Pour un débit d'air constant et une variation du débit de carburant, il est'possible d'optimiser la puissance, tandis que grâce à une variation du débit d'air, par exemple au moyen d'un bypass, et à débit de carburant constant, c'est le point d'exploitation de la consom- mation spécifique minima de carburant que l'on peut déterminer. Il est donc essentiel,dans le dispositif d'optimisation connu, de pouvoir faire varier, selon chaque fois la grandeur à optimiser, soit le débit de carburant, soit le débit d'air. Ceci signifie une dépense d'installation importante qui, en particulier pour une fabrication d'un système d'optimi- sation basé sur les débits, ne semble pas supportable. L'invention a pour but de proposer un système d'optimisation permettant d'obtenir la puissance maximale et la consommation spécifique minimale de carburant pour un moteur à combustion interne, système qui puisse s'en sortir avec le moins possible d'organes de réglage et qui soit donc d'un prix favorable tout en étant fiable sur une longue période d'exploitation. L'avantage principal du dispositif proposé pour optimiser des caractéristiques d'exploitation d'un moteur à combustion interne est que, en comparaison du système connu d'optimisation, pour les mêmes grandeurs à optimiser, il suffit de peu d'organes de réglage pour former un signal d'essai et que l'ensemble de l'installation est donc d'un prix plus favora- ble et plus fiable. 2.- D'autres avantages de l'invention s'obtien- nent en liaison avec les mesures suivantes - la consommation minimale de carburant est déterminée en fonction du maximum de rendement, - pour déterminer le rendement, on utilise une division du moment par le signal représentatif du dosage de carburant, - les différents signaux de régulation sont déterminés, par l'intermédiaire de valeurs de corrélation, selon les formules Xi Xi-l + NK + 1 rB[" M. signe (A ti) -;i-îj - pour obtenir une optimisation du signal de dosage et et une optimisation de l'angle d'allumage, on agit sur différents cylindres du moteur à combustion interne avec des valeurs appropriées de signal d'essai et l'on saisit la réaction cylindre par cylindre. Ltinvention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et des dessins annexés représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans les- quels: - la figure 1 représente les allures des courbes du moment, de la durée d'injection de la consommation spécifique de carburant ainsi que du rendement, reportés en fonction de l'indice d'air lambda (l'indice d'air lambda est le rapport entre le débit d'air effectif et le débit d'air minimum théorique nécessaire pour assurer la combustion), - la figure 2 est un diagramme expliquant le principe de l'optimisation connue en soi, la figure 3 est un premier exemple d'exécution d'un dispositif pour optimiser la puissance et la consommation spécifique de carburant, et - la figure 4 est un deuxième exemple d'exécution du dispositif d'optimisation, l'instant d'injection étant optimisé en plus sur un moteur à combustion interne. La figure 1 représente qualitativement les fonctions essentielles d'un point dtex]ioitation déterminé d'un moteur à combustion interne. On a: lambda = indice d'air, ti = durée d'injection dans le cas d'un système d'injection pris comme système de dosage de carburant, M = moment du moteur à 3.- combustion interne, ' = rendement du moteur, be = consommation spécifique du carburant, mL = débit d'air aspiré par unité de temps, n = vitesse de rotation en nombre de tours et i -z = angle d'allumage. De ces courbes, on déduit les relations généralement connues, à savoir que le moment maximum apparaît pour lambda inférieur à 1 et que la consommation spécifique minima de carburant apparaît pour lambda supérieur à 1, Pour déterminer le maximum du moment et le minimum de la consommation de carburant, ce sont les mesures des valeurs respectives qui semblent être le plus simples, en notant toutefois que la mesure de la consom- mation de carburant est relativement coûteuses Dans les systèmes d'injection à commande électronique, il est toutefois possible d'obtenir également la consommation spécifique de carburant à partir de la mesure du moment. La consommation spécifique de carburant d'un cylindre, rapportée à un cycle de travail (cWest-à-dire à deux tours complets dans un moteur à quatre temps) s'énonce: Consommation spécifique de carburant = débit de carburant divisé par (puissance x temps) Kl. ti Kl ti be = -= _ _ (M;;). (2) 2 M Une considération semblable permet d'obtenir la relation donnant le rendement m du moteur à combustion interne: M =K3; i Ceci signifie que le maximum du rendement et le minimum de la consommation de carburant apparaissent pour la même valeur de lambda et l'idée de base de l'invention est donc, en partant de la seule valeur de la variation du moment, de déterminer aussi bien le maximum de puissance que le minimum de consommation. De plus, du fait de la détermination du maximum du rendement, on doit renoncer à un calcul direct du minimum de consommation, pour que l'optimisation provienne exclusivement de la détermination de maxima. Même si les exemples d'exécution concernent un système d'injection de carburant, l'invention ne se limite pourtant pas à une régulation par valeur optima pour de tels systèmes d'injection. Ce qui est essentiel est la saisie précise du carburant dosé du point de vue du processus de calcul. 4.- Dans une régulation par valeur optimale, le dispositif de régulation doit pouvoir reconnaître si le point respectif d'exploitation se trouve sur la branche croissante ou sur la branche décroissante de la caractéristique respective. Ceci est possible, au moyen d'une reconnaissance de la relation de détection, en présence d'un signal de commande rythmé ou d'un signal d'essai rythmé et c'est à l'explication dé ce mode de reconnaissance que sert la figure 2. La figure 2 représente un extrait des courbes de la figure 1, la durée d'injection et la consommation spécifique de carburant étant reportées en fonction des valeurs lambda. 10 et 11 indiquent des "signaux d'essai" pour diffé- rentes valeurs lambda, qui représentent une composition de mélange variable en fonction du temps. Un signal d'essai y est reporté des deux côtés du minimum de consommation et l'examen de la symétrie de ces signaux d'essai par rapport à la caracté- ristique pour la consommation spécifique de carburant montre des relations différentes de détection. C'est ainsi que l'on peut déterminer, par l'intermédiaire de la saisie de la position de phase de la relation de détection, en fonction du signal d'essai respectif, si le débit dosé de carburant se trouve, par rapport à sa valeur correspondant à sa consommation minima, trop fort ou trop faible. La figure 3 représente, sur un schéma par blocs, un premier exemple d'exécution pour un système d'injection à régulation par extremum (maximum ou minimum). Le repère 15 représente sous forme d'un simple bloc le moteur à combustion interne qui reçoit;en tant que signaux électriques d'entrée, un signal d'allumage par une entrée 16 et un signal d'injection par une entrée 17. L'entrée 16 y est directement reliée à un appareil de commande d'allumage 18. C8té sortie, on peut prélever sur le moteur à combustion interne 15 un signal représentatif du moment à une sortie 19. En amont de l'entrée 17 est relié un point totalisateur 20 qui reçoit un signal de commande d'injection en provenance du générateur de commande 21 ainsi qu'un signal d'essai qui lui est amené en provenance d'un générateur de signal d'essai 23. Un régulateur 22 est en liaison, côté sortie, avec le générateur de commande et côté entrée avec le curseur d'un 4o potentiomètre 24 dont les deux bornes d'entrée sont respective- 5.- ment logiquement reliées à un étage de commande 25 et 25a pour déterminer une valeur de corrélation du moment et du rendement. La position du curseur du potentibmètre 24 se règle d'après le signal de sortie d'un étage 26 de reconnaissance de l'état de charge. Tandis que les entrées des deux étages 25a et 26 sont directement reliées à la sortie 19 du moteur à combustion inter- ne 15 qui donne le signal représentatif du moment, en amont de l'étage de commande 25 qui détermine le rendement 7 est couplé un étage diviseur 27 qui reçoit également un signal représentatif du moment ainsi qu'un signal de durée d'injection en provenance du point totalisateur 20. D'autres signaux d'entrée des deux étages de commande 25 et 25a proviennent du générateur de signaux d'essai 23. Selon le schéma par blocs représenté sur la figure 3, le moteur à combustion interne 15 reçoit un signal d'injection du temporisateur 21 et un signal d'essai du généra- teur de signaux d'essai 23. Selon l'état de charge respectif du moteur à combustion interne, le régulateur 22 reçoit comme signal d'entrée une valeur de l'un des étages de commande 25a et 25, pour déterminer, soit le maximum de puissance, soit le minimum de consommation. Le minimum de consommation y est déterminé par l'intermédiaire du maximum de rendement. Les deux étages de commande 25 et 25a produisent les signaux donnés par les formules 1 Xi fiilNK 1 thM. signe ( ti) ii-lJ NK +1 L Dans cette formule, le signe du signal indique le sens de l'écart de régulation (ti-instantané - ti optimum) et la valeur absolue de ce signal indique la valeur de cet écart de régulation. Si la valeur de corrélation; = zéro, alors ti instantané = ti optimum. Le régulateur 22 à action intégrale règle la durée d'injection ti jusqu'à ce que l'on atteigne la valeur optimum respective. L'avantage principal du dispositif du potentiomètre 24 est la commutation 12 entre les deux régula- tions par valeur optima pour passer sur la puissance maxima ou sur la consommation spécifique minima de carburant et sur le rendement maximum. 4o Le mode de mesure du moment dépend de nombreux facteurs. Par exemple, on peut le déterminer directement 6.- au moyen d'un émetteur de moment ou même par l'intermédiaire de la mesure de pression qui règne dans la chambre de combustion et par la détermination du travail indiqué (c'est-àdire enregistré sur le diagramme pression/vitesse). Le comportement du vilebre- quin en rotation peut également donner des renseignements sur le moment fourni. La régulation simultanée de l'angle d'al- lumage optimum h z et du signal représentatif du dosage du carburant, c'est-à-dire dans ce cas la durée d'injection ti, sont en principe possibles. Comme le système ne possède qu'une seule grandeur de sortie, à savoir le moment M, il n'est pas possible de distinguer l'une des deux valeurs de sortie pour une modula- tion simultanée de l'angle d'allumage et du dosage de carburant. En faisant correspondre les deux signaux d'essai à différents cylindres, on obtient une solution de ce dilemne qui, toutefois nécessite de reconnaître le moment cylindre par cylindre. La figure 4 représente un schéma par bloc d'un système détaillé d'optimisation de ce type. Sur la figure 4, le système d'optimisation comporte, pour déterminer les caractéristiques d'exploitation de l'instant d'allumage et du dosage de carburant, deux circuits d'optimisation entièrement distincts, des cylindres différents du moteur à combustion interne correspondant à ces différents circuits. C'est ainsi que par exemple on utilise les cylindres 1 et 3 pour la régulation, par extremum (maximum ou minimum) de l'instant d'allumage et les cylindres 2 et 4 pour la régula- tion par extremum du signal représentatif du dosage. La partie qui correspond à l'optimisation de la durée d'injection et qui fait l'objet de la figure 4 correspond largement à la disposition de la figure 3, si ce n'est que l'on ne tient compte que du moment fourni par les cylindres 2 et 4. De plus, de façon correspondante, ce ne sont que les deux cylindres 2 et 4 qui reçoivent des valeurs d'injection comportant des signaux d'essai, tandis que les deux autres cylindres 1 et 3 reçoivent des valeurs d'injection qui ne sont pas influencées par le générateur de signaux d'essai 23. Le système d'optimisation de l'instant d'injection comprend l'étage de commande d'allumage 30 dont le signal de sortie peut se relier tant8t directement aux bougies correspondant aux cylindres 2 et 4 et tant8t indirectement, par 7.- l'intermédiaire d'un point totalisateur 31, aux bougies des cylindres 1 et 3. Comme deuxième signal, le point totalisateur 31 reçoit le signal de sortie du générateur de signal d'essai 32 pour l'allumage. Une entrée 33 de l'étage de commande d'allu- mage 30 est reliée, par l'intermédiaire d'un régulateur d'allu- mage 34, à l'étage de commande 35 dans lequel se forme une valeur de corrélation relative au signal d'allumage. Les signaux d'entrée de cet étage de commande 35 sont tant8t un signal du générateur de signaux d'essai 32, tant8t un signal représentatif du moment provenant des cylindres 1 et 3. Comme on l'a vu, les systèmes d'optimisa- tion décrits précédemment, travaillent de la façon la plus simple, pour autant que la détermination respective du moment travaille correctement. Le motif principal de la simplicité du système d'optimisation permettant d'aboutir à une puissance maxima ou à une consommation minima de carburant est l'avantage de pouvoir renoncer à des émetteurs différents, du fait de la détermination de la consommation minima de carburant par l'intermédiàir'e du rendement maximum et de ne travailler qu'avec des allures de courbes identiques, ce qui permet d'éviter une commutation du sens de régulation. 8.- REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour optimiser des caracté- ristiques d'exploitation d'un moteur à combustion interne (15), en particulier le moment fourni et la consommation spécifique de carburai, comportant un générateur de signaux d'essai (23), un capteur permettant la saisie indirecte ou directe des grandeurs à optimiser, ainsi qu'un dispositif de réglage ultérieur (22) des grandeurs de commande du moteur à combustion interne, caractérisé en ce que l'on fait varier, en tant que signal d'essai, le débit dosé de carburant et, en partant d'un signal représentatif du moment et produit directement ou indi- rectement, on détermine, selon chaque fois le domaine de charge o l'on se trouve, le maximum de puissance et la consommation spécifique minimale de carburant. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la consommation minimale de carburant est déterminée en fonction du maximum de rendement. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour déterminer le rendement, on utilise une division du moment par le signal représentatif du dosage du carburant. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les différents signaux de régulation sont déterminés, par l'intermédiaire de valeurs de corrélation, selon les formules Xi = Xi-l + - g[M. signe ( 5 ti) - fi-î J 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, pour obtenir une optimisatinn du signal de dosage et une optimisation de l'angle d'allumage, on agit sur différents cylindres du moteur à combustion interne avec des valeurs appropriées de signal d'essai et que l'on saisit la réaction cylindre par cylindre. a