Brevet FR2544799A1 — publié le 19841026

"Installation de régulation pour des grandeurs de commande d'un moteur à combustion interne". L'invention part d'une installation électronique de régulation pour des grandeurs de commande d'un moteur à combustion interne, telles que la quantité de carbu- rant à doser, la composition du mélange, l'angle d'allumage et le taux de recyclage des gaz d'échappement, en partant au moins des signaux de charge et de vitesse de rotation et avec un détecteur dans la canalisation de gaz d'échappement. Le document DE-OS 25 54 988 décrit un procédé pour la détermination de la composition du mélange de ccmbustion alimentant un moteur à combustion interne, avec urne sonde à courant ionique dans la canalisation de gaz d'échap- pement d'un moteur à combustion interne dans le but d'obtenir des gaz d'échappement autant que possible, exempts de subs- tances nuisibles.Selon le document précité, à côté de la valeur absolue du courant ionique, des valeurs différen- tielles de ce courant ionique, c'est-à-dire des différences de courants ioniques intégrés, peuvent également être trai- tées, et influencer les grandeurs de commande du moteur à combustion interne, telles que la quantité de carburant, le coefficient lambda, l'angle d'allumage, ou bien la quantité de gaz d'échappement recyclée, installation caractérisée en ce que les fluctuations absolues ou relatives des quote-parts en volume ou en masse, sont utilisées comme limites ou bien comme critères de régulation. On connaît en outre, par le document DE-OS 28 41 311 une installation pour la régulation de la compo- sition du mélange arrivant pour la combustion dans les chambres de combustion d'un moteur à combustion interne, installation dans laquelle pour donner une représenta tion d'une grandeur de commande, l'importance de la post- réaction entre les composants gazeux sortant des chambres de combustion du moteur à combustion interne est détectée par mesure de la température.Le résultat de la mesure permet alors d'apprécier 11 approche de la limite de fonctionnement. Â côté du traitement des valeurs absolues individuelles, le document précité prévoit également l'intégration des valeurs de mesure, notamment par l'inter- médiaire d'un cycle de fonctionnement d'un piston, de détecter des fluctuations de valeurs successives et de les comparer, pour former une grandeur de commande de correction, avec une valeur de consigne. tomme détecteur, on utilise dans cette installation connue, un élément sensible à la température placé directement en aval dia moins une soupape d'échappement, et au moyen duquel les post-réactions des gaz d'échappement peuvent être .déteetées. Enfin, la demande allemande de brevet non pré-publiée P 32 12 669.7 indique en outre un détecteur de courant ionique se trouvant en liaison avec la chambre de combustion du moteur à combustion interne, et dont le si- gnal de sortie sert à la régulation des limites de fonc- tionnement. il s'est avéré que ces installations connues permettent certes d'obtenir en gros et dans l'ensemble des résultats satisfaisants, mais on ne peut pas obtenir avec elles un résultat optimal dans tous les cas de fonction nement. Avec l'installation de régulation conforme à l'invention caractérisée en ce que les fluctuations absolues ou relatives des quote-parts en volume ou en masse, sont utilisées comme limites ou bien comme critères de régulation, on peut obtenir le fonctionnement optimal son haité au voisinage de la limite de fonctionnement pour les moteurs modernes à combustion interne et leurs installations de régulation, et ceci notamment avec des émissions rédui- tes d'oxydes d'azote et d'une faible consommation de carburant. Il s'est avéré également particulièrement avantageux que pour le traitement des signaux individuels des gaz d'échappement, des grandeurs caractéristiques supplémentaires du fonctionnement puissent être introduites. Comme avantages de l'invention en ce qui concerne les mesures du courant ionique ou bien de la température des gaz d'échappement, il g a lieu de mentlon- ner : Les courants ioniques circulent localement entre les électrodes, et sont ainsi fortement perturbés par des turbulences , c'est-à-dire des manques d'homogénéité. A cause de cela, la littérature se réfère fréquemment à l'intégration des signaux dans le temps. Les signaux de gaz d'échappement portent par contre et par nature l'empreinte de l'ensemble du processus de combustion et , pour un fonc- tionnement normal du moteur, sont uniformes au cours du temps. On peut ainsi tirer des fluctuations des gaz dséchap- pement des conclusions plus rapides (dynamique de mesure et de régulation plus élevée).Les signaux de courant ionique ne délivrent en général des informations significatives qu'après pondération sur plusieurs cycles de combustionO En ce qui concerne la mesure de la tempéra- ture on a ce qui suit 9 Ma mesure de la température des gaz d'échap- pement est par exemple difficilement utilisable dans des systèmes avec alimentation d'air secondaire au voisinage des soupapes d'échappement, car dans ce cas, même dans des limites lambda normales, une post-combustion a tendance à se produire dans l'échappement, en se déroulant localement de façon très variable.De ce fait,le résultat de la mesure dépend de la température des gaz d'échappement au point de fonctionnement considéré. D'autres avantages de l'invention résident en ce que les fluctuations des quote-parts en volume ou en masse des gaz d'échappement, sont traitées en fonction de grandeurs caractéristiques du fonctionnement. les fluctuations des gaz d'échappement sont interrogées sur l'obtention d'une valeur de seuil. La valeur de seuil est formée par pondération des signaux de fluctuations des gaz d'échap- pement. Un filtre passe-haut, notamment de quatrième ordre, est utilisé pour le traitement des signaux. L'installation conforme à l'invention est susceptible d'être mise en circuit notamment dans le cas de marche à vide et/ou dans le cas de charge partielle du moteur à combustion interne. Elle est susceptible d'être mise en oeuvre en corrélation avec une mesure individuelle des gaz d'éqbappement ou avec une mesure d'ensemble des gaz d1 échappement. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté sur les dessins ci-joints et va être décrit et expliqué plus en détail dans la description qui va suivre = la figure I est une représentation d'en- semble de l'installation de régulation sous forme de sché- mas par blocs, la la figure 2 montre un filtre passe-haut de quatrième ordre utilisé lors du traitement des signaux, -Sur la figure 1, un moteur à combustion interne est désigné par 10, sa tubulure d'aspiration par 11, et sa canalisation de gaz d'échappement par 12. Un détecteur de gaz d'échappement porte la référence 13. Un appa- reil de commande général pour le moteur à combustion inter- ne est désigné par 14. Un de ces signaux de sortie détermine la quantité QK de carburant amenée au moteur à combustion interne par l'intermédiaire d'une soupape d'injection 15 en liaison avec la tubulure d'aspiration, et qui est alimentée en carburant à partir d'un réservoir de carburant 16, par l'intermédiaire de pompe de carburant 17.D'autres grandeurs de sortie de l'appareil de commande 14 concernent ltangle d'allumage ainsi que le taux de recyclage des gaz d'échappe- ment. les grandeurs d'entrée de l'appareil de commande 14 sont des signaux concernant la vitesse de rotation n s la charge et la régularité de marche (raccordements d'entrée 18, 19 20). Par l'intermédiaire d'une autre entrée 21, des grandeurs annexes supplémentaires p telles que par exemple la température, l'altitude absolue, etc..., peuvent être introduites. Le parcours des signaux entre le détecteur 13 des gaz d'échappement et l'entrée 20 de l'appareil de commande 14, pour 18 stabilité de marcheS comprend trois blocs. Un étage de formation de valeur moyenne 26 est bran- ché en parallèle sur une unité de traitement de signaux 25, les deux blocs 25 et 26 pouvant comporter des entrées sup- plémentaires 27 et 28 pour des grandeurs de commande spé- ciales, notamment la vitesse de rotatione C8té sortie, l'unité de traitement de signaux 25 et l'étage de formation de valeur moyenne 26, sont reliés à un comparateur 29 dont la sortie est à nouveau en liaison avec l'entrée 20 de l'appareil de commande 14. la structure de base d'une commande de mo- teur à combustion interne représentée sur la figure Si, est connue en tant que telle, L'appareil de commande 14, en partant de grandeurs caractéristiques de fonctionnement, délivre en ce qui le concerne des grandeurs de commande pour des éléments individuels du moteur à combustion interne, telles que la soupape d'injection 179 l'installation d'allumage non représentée, ainsi que par exemple, un recyclage éventuellement existant des gaz d'échappement.De même l'introduction d'un signal de stabilité de marche ou ben de limites de fonctionnement dans les grandeurs caractéristiques de fonctionnement à traiter d'un moteur a com bustion interne, ne constituent, en tant que telles aucune innovation. L'invention s'applique au contraire au secteur de la détection des signaux de gaz d'échappement ainsi qu'au traitement de ces signaux. On part de l'idée de base que lors d'une stabilité de marche défectueuse du moteur à combustion interne, les déroulements des combustions successives sont très irréguliers De ce fait, les émissions de gaz d'échappement sont également soumises à de fortes fluctuations.Si maintenant les gaz d'échappement peuvent entre détectés avec une fréquence limite élevée, alors les fluctuations de ces gaz d'échappement peuvent être utili sées comme mesures pour l'instabilité de marche, en enten- dant par fluctuations des gaz d'échappement les fluctuations en volume ou en masse de leurs constituants. Avantageuse- ment, les quote-parts individuelles en volume ou en masse des différents composés comme par exemple Co, O2, HC, ou bien de la suie sont traitées.Les détecteurs de gaz d'échap- pement correspondants sont connus comme tels à partir de la littérature :: - VDI-Nachrichten Nr 32, 7.8.81 page 21 "1-Chip-Schaltung analysiert Gasgemische" - Integrated Circuit Laboratory Stanford Uni versity, Août 77 annual Research Review, page 117 - SAB-Paper 770 219 Equivalence Ratio Mater Le signal de sortie de la sonde de gaz d'échap- pement 13 est appliqué à un étage 26 - également connu en soi - de formation de valeur moyenne, cet étage ne permet- tant de préférence la formation de valeur moyenne que pen dant ce que l'on appelle une fenêtre de mesure, et néces- sitant, à cet effet, un signal de vitesse de rotation Le traitement proprement dit du signal dea gaz d'échappement s'effectue dans l'unité de traitement de signaux 25, qui constitue par exemple un filtre passenaut ou bien un filtre passe-bande. il est essentiel que l'ana- lyse extrêmement rapide des gaz d'échappement soit égale ment traitée ensuite aussi rapidement que possible en ce qui concerne les signaux. Comme exemple de l'unité 25 de traitement de signaux, la figure 2 montre un filtre passe-haut de quatrième ordre Il est constitué essentiellement de deux ampli ficateurs opérationnels 30 et 31 placés l'un derrière leau- tre et couplés en contre réaction, et comportant en outre, le branchement décrit plus en détail ci-après. Une borne d'entrée 32 est reliée par un montage en série de deux condensateurs 33 et 34 à l'entrée positive de l'amplificateur opérationnel 30, cette entrée étant en outre mise à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 35. Le point de jonction des deux condensateurs 33 et 34 est relié par l'intermédiaire d'une résistance 36 à l'entrée inversée de l'amplificateur opérationnel 30. A ce dernier fait suite à son tour, le second amplificateur opérationnel 31 selon un montage identique, c'est-à-dire que dans son cas également, une combinaison RC de deux consendateurs et de deux résistances est prévue. les dif- férentes résistances et les différents condensateurs en liaison avec le second amplificateur opérationnel, portent les références 33', 34', 35' et 36'. Côté sortie, l'amplificateur opérationnel 31 est relié à la borne de sortie 38. le mode d'action d'un filtre passe-haut de oc type est connu en tant que t5le Les rapports suivants des combinaisons de résistances ainsi que des condensateurs se sont avérés particulièrement avantageux filtre de filtre de Bessel Butterworth R 35/R 36 1,09 1,17 R 35' /36' 2,60 7,00 R 36/ R36' 1,38 2,44 filtre de filtre de Bessel Butterworth C 33, 34, 33', 34' 10 F 10 F Facteur caractéris- tique du filtre 218065 1 147059 Par l'intermédiaire de l'entrée de commande 27, les conditions de transmission à l'unité de traitement de signaux 25 peuvent être modifiées par exemple en fonction de la vitesse de rotation dans le but de pouvoir te nir compte de particularités du moteur, par exemple du fait de phénomènes de résonance.Cette intervention peut être réalisée dans le cas du dispositif de branchement de la figure 2, par exemple par l'intermédiaire d'une commande des valeurs individuelles et des résistances 35 et 36. Le comparateur 29 compare entre les signaux de sortie de l'unité de traitement de signaux 25 et de 11 étage de formation de valeur moyenne 26, et son signal de sortie constitue alors une mesure pour une instabilité de marche intervenant dont il peut alors être tenu compte ensuite dans l'appareil de commande 14 lors de la formation des différentes grandeurs de commande pour le moteur à com- bustion interne. Dans certains cas, il peut être également avantageux de brancher i la suite de la sonde de gaz d'échap- pement, un étage 24 de différenciation ou bien de forma- ion de différences. Mentionnons encore qu'avec l'installation de régulation qui vient d'être décrite, il peut être obtenu aussi bien un signal d'ensemble pour la stabilité de marche que, par l'intermédiaire de mesures individuelles des gaz d'échappement, les conditions correspondant à des cy- lindres détermines A côté d'une mise en oeuvre continue de l'installation de régulation il peut être également avan tageux de ne la mettre en oeuvre que dans le cas de marc à vide et/ou dans le cas de charge partielle inférieure. Remarquons encore que l'invention s'applique aussi bien dans le cas d'une mesure individuelle des gaz d'échappement que lors d'une mesure d'ensemble de ces gaz. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Installation électronique de régulation pour des grandeurs de commande d'un moteur à combustion interne (10), telles que la quantité de carburant à doser, la composition du mélange, l'angle d'allumage, et le taux de recyclage des gaz d'échappement, en partant au moins des signaux de charge et de vitesse de rotation et avec un détecteur (13) dans la canalisation de gaz d'échap- pement (12), installation caractérisée en ce que les fluctuations absolues ou relatives des quote-parts en volume ou en masse, sont utilisées comme limites ou bien comme critères de régulation. 2.- Installation de régulation selon la revendication 1, caractérisée en ce ce que les fluctuations des quote-parts en volume ou en masse des gaz d'échappement, sont traitées en fonetion de grandeurs caractéristiques du fonctionnement. 3.- Installation de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les fluctuations des gaz d'écyappement sont interrogées sur 1' obtention d'une valeur de seuil a 4.- Installation de régulation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la valeur de seuil est formée par pondération des signaux de fluctuations des gaz d'écyappement. 5.- Installation de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'un filtre passe-haut, notamment de quatrième ordre, est utilisé pour le traitement des signaux. 6.- Installation de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en c quelle est susceptible d'être mise en circuit notamment dans le cas de marche à vide et/ou dans le cas de charge partielle du moteur à combustion internez 7a- Installation de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle est susceptible d'être mise en oeuvre en corréla- tion avec une mesure individuelle des gaz d'échappement ou avec une mesure d'ensemble des gaz d'échappement.