Brevet FR2554509A1 — publié le 19850510

PROCEDE DE COMMANDE D'UN MOTEUR A INJECTION DE CARBU- RANT REGULEE PAR SONDE A ET A ALLUMAGE COMMANDE. La présente invention concerne un procédé de commande d'un moteur à injection de carburant et à allumage commandé au moyen d'un calculateur électronique couplé à une sonde de détection de la teneur en oxygène des gaz d'échappement, ci-après appelée sonde A. La sonde A est un capteur fonctionnant en tout ou rien dont la tension de sortie est soit supérieure, soit inférieure à un certain seuil suivant que la teneur en oxygène des gaz d'échappement est inférieure ou supé- rieure à une valeur prédéterminée. Cette teneur en oxygène des gaz d'échappement est elle-même une image du mélange d'air et de carburant admis dans le moteur un mélange pauvre engendre un excès d'oxygène dans les gaz d'échappement et un mélange riche un déficit d'oxygène, le seuil de la sonde À correspondant au rapport stoechiométrique. Une telle sonde À peut ainsi être utilisée en combi- naison avec un calculateur d'injection pour doser le mélange air/carburant admis dans le moteur en fonction de la teneur en oxygène des gaz d'échappement. Cette régulation permet en particulier de réduire les émis- sions de composants toxiques émanant des moteurs à allumage commandé comme l'exigent les réglementations nationales dans un certain nombre de pays. Un autre intérêt d'une telle régulation par sonde réside dans la possibilité de faire fonctionner le moteur en mélange pauvre, au moins dans certaines zones de son domaine de fonctionnement, afin de mini- miser la consommation de carburant et de réduire 49398 11676 -2- les émissions de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures imbrûlés. Il est donc souhaitable de faire fonctionner un moteur en mélange pauvre et de vérifier en cours de fonction- nement les modifications de richesse dues à une dérive des caractéristiques initiales du moteur. A cet effet, il est déjà connu, notamment par le brevet FR-A- 2 035 177, d'ali- menter un moteur en mélange pauvre et de provoquer un enrichissement ayant des caractéristiques connues, tout en vérifiant durant ce processus l'état de la sonde A Cependant, un tel procédé a pour effet d'engendrer lors des phases d'enrichissement un excès de couple du moteur qui est ressenti par le conducteur du véhicule. L'invention a pour but d'éliminer cet inconvénient et, à cet effet, elle a pour objet un procédé de commande d'un moteur à injection de carburant et allumage com- mandé équipé d'un calculateur électronique d'injection et d'allumage couplé à une sonde de détection de la teneur en oxygène des gaz d'échappement, suivant lequel on élabore en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur un temps d'injection nominal correspondant à un dosage pauvre en carburant du mélange carburé et on provoque périodiquement un enrichissement temporaire dudit mélange par augmentation du temps d'injection, caractérisé en ce que, en réponse audit enrichissement temporaire, on provoque une diminution temporaire de l'angle d'avance à l'allumage nominal élaboré en fonc- tion desdites caractéristiques de fonctionnement du moteur. 493W 1 1X76 -3- Suivant une caractéristique de l'invention, on inter- dit l'enrichissement et la diminution d'avance tempo- raires dans certaines au moins de plusieurs zones prédéterminées de fonctionnement du moteur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, con- sécutivement à une phase d'enrichissement temporaire, on suscite une augmentation du temps d'injection nomi- nal si la sonde n'a pas changé d'état et une diminu- tion du temps d'injection nominal si la sonde a changé d'état. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de sa réalisation donné uniquement à titre d'exemple et illustré par les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un système électronique d'injection de carburant pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention; - la figure 2 est un chronogramme illustrant l'évolu- tion du temps d'injection Ti et de l'angle d'avance à l'allumage Av en fonction du nombre de tours moteurs t conformément à l'invention; - la figure 3 est un organigramme de fonctionnement d'un calculateur numérique d'injection et d'allumaqe assurant une régulation conforme au procédé de l'invention. En se reportant à la figure 1, un moteur à allumage commandé 1 comprend une conduite d'admission 2, dans laquelle un injecteur 3 est disposé en aval d'un papillon 4, et une conduite d'échappement 5. Le temps 49398 1 1676 - 4 - d'ouverture de l'injecteur 3, qui détermine le dosage du mélange air/carburant, est commandé par un calcula- - teur numérique 6 qui reçoit d'un capteur de pression 7 une information relative à la pression de l'air dans la conduite d'admission 2 et d'un capteur de vitesse 8 une information relative à la vitesse de rotation du moteur 1. Le capteur 8 est associé à une cible dentée 9 solidaire en rotation du vilebrequin (non repre- senté) du moteur 1 et dont certaines dents ont été supprimées: le signal de sortie du capteur 8 est ainsi exploité par le calculateur 6 pour déterminer à la fois la vitesse et la position angulaire du vile- brequin comme décrit dans le brevet FR-A- 79.00 386. Enfin, le calculateur 6 reçoit également les signaux de sortie d'une sonde À 10 disposée dans la conduite d'échappement 5 et d'un capteur de température 11 dis- posé dans le circuit d'eau de refroidissement 12 du moteur 1. Le calculateur 6 élabore également l'angle d'avance àf l'allumage en fonction des paramètres vitesse et charge du moteur et commande l'instant d'allumage du mélange dans un cylindre 13 du moteur par une bougie 14. Le système décrit jusqu'à présent ne constitue qu'un exemple particulier de dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention et il doit être bien compris que n'importe quel autre type de système d'injection et d'allumage à calculateur numérique ou analogique réglant le temps d'injectionet l'avance à l'allumage en fonction de la vitesse et dèbla charge du moteur, et éventuellement d'autres paramètres tels que la température d'air, d'eau, d'huile, etc'., pour- rait également convenir. On notera par ailleurs que le 49398 1 1676 - 5 - procédé qui sera décrit dans la suite est applicable aussi bien à un système d'injection monopoint (un seul injecteur pour tous les cylindres) qu'à un système multipoints (un injecteur par cylindre). Le procédé suivant l'invention sera maintenant décrit succintement en se référant également à la figure 2. Le calculateur 6 possède en mémoire une cartographie permettant de calculer le temps d'injection en fonc- tion de la vitesse et de la charge du moteur. Cette cartographie correspond à un temps d'injection de base TIo déterminant un fonctionnement du moteur en mélange pauvre. Dans l'exemple de la figure 2, la vitesse et la charge du moteur, et par conséquent le temps d'in- jection de base TIo, sont supposés constants. Périodiquement, le calculateur 6 provoque un enrichis- sement supplémentaire du mélange en augmentant le temps d'injection d'une valeur b pendant un nombre de tours moteur a. Les quantités a et b sont calculées pour que, au point de fonctionnement considéré, la sonde À se trouve à la limite du basculement. Au bout d'un nombre de tours moteur c, on examine si la sondeA a basculé d'un état à l'autre pendant cette période c dans l'affirmative, on diminue d'une faible quantité le temps d'injection de base et, dans la négative, on l'augmente d'une quantité également faible, ce qui conduit à un temps d'injection nominal TIn différent du temps de base TIo. Ces modifications du temps d'in- jection de base n'ont pas été représentées sur la figure 2 dans un but de simplification, mais ce pro- cessus de régulation permettant de fonctionner en mélange pauvre résultera clairement de ladescription de 49398 11676 - 6 - l'organigramme de la figure 3. Au bout d'un nombre de tours moteur d, le calculateur 6 engendre une nou- velle impulsion de richesse et l'ensemble du processus décrit ci-dessus se déroule à nouveau. Comme indiqué précédemment, cet enrichissement tempo- raire (a, b) tend à engendrer une augmentation de couple qui, conformément à l'invention, est compensée par une diminution également temporaire de l'angle d'avance à l'allumage. Dans le cas d'un calculateur numérique tel que décrit à la figure 1, celui-ci com- porte en mémoire une cartographie d'avance adressable en fonction de la pression et du régime moteur et engendre un angle d'avance de base Avo. En réponse à une impulsion d'enrichissement (a, b), l'angle d'avance Avo est réduit d'une quantité e pendant un nombre de tours f. De préférence, ce créneau d'estom- page ou réduction d'avance est déphasé en retard d'un nombre de tours g par rapport à l'impulsion d'enri- chissement et est maintenu pendant un nombre de tours moteur identique à celui de l'enrichissement tempo- raire, c'est-à-dire que a = f. Bien entendu, les valeurs de a, b, c, d, e, f et g dépendent du type de système d'injection et des carac- téristiques du moteur considérés. C'est ainsi, par exemple, que dans le cas d'un système d'injection mul- tipoints, la durée des créneaux d'enrichissement et d'estompage d'avance'(a, f) peut être fixe car les injecteurs débitent le carburant directement sur les soupapes d'admission. Par contre, les temps de trans- fert du carburant entre l'injecteur et les soupapes d'admission étant beaucoup plus longs dans un système d'injection monopoint, la durée des créneaux 49398 I 1676 - 7- d'enrichissement et d'estompage d'avance doit alors de préférence dépendre du point de fonctionnement du moteur, ce qui peut être réalisé par mémorisation, d'une cartographie spécifique dans le calculateur numérique d'avance et d'injection 6. L'amplitude b du créneau d'enrichissement est de préférence inversement proportionnelle à la richessenominale, c'est- à-dire au temps d'injection nominal, pour le point de fonctionnement considéré du moteur, tandis que la valeur e de l'estompage d'avance est de préférence proportionnelle à l'amplitude b du créneau d'enrichis- sement. Le déphasage g entre le créneau d'enrichissement et le créneau d'estompage d'avance peut être soit fixe, soit fonction de la charge et du régime du moteur. Il en va de même pour la période de répétition d du processus d'enrichissement temporaire et pour le nombre de tours c au bout duquel on examine l'état de la sonde. Si a est fixe, c l'est de préférence également, mais si a dépend de la charge et du régime moteur, c peut soit dépendre des mêmes paramètres, soit être un nombre de tours prédéterminé comptabilisé à partir de la fin du créneau d'enrichissement. Par ailleurs, la régulation par enrichissement et estompage d'avance temporaires décrite ci-dessus peut n'être effectuée que dans certaines zones de fonction- nement du moteur. On écartera de préférence ce type de régulation dans le domaine des charges élevées (mélange riche), des charges faibles (zones de décélé- ration) et des faibles régimes (problèmes de stabi- lité). Cette régulation devrade préférence également 49398 11676 - 8 - être interdite pendant les fonctionnements en régime transitoire ou à froid à cause des coupures en décé- lération et des enrichissements en accélération et à froid qui peuvent être prévus et que la régulation décrite viendrait perturber. L'organigramme de la figure 3 illustre précisément un mode de mise en oeuvre de l'invention qui écarte la régulation par enrichissement et estompage d'avance temporaires dans les zones de fonctionnement préci- tées. Dans cet exemple applicable à un système d'in- jection multipoints, les valeurs de a, c, d, f et g seront supposées fixes. Après une phase initiale 20 qui marque le début du programme, quatre tests 21, 22, 23 et 24 sont effec- tués successivement pour déterminer les conditions de fonctionnement du moteur: - le premier test 21 a pour objet de déterminer si le régime du moteur est stationnaire ou non; dans l'affirmative on passe au test 22 et dans la néga- tive à un test 25; - le test 22 porte sur la valeur de la pression à l'admission du moteur; si la pression est infé- rieure à une valeur P min (faibles charges) ou supé- rieure à une pression P max (fortes charges), on passe au test 25; dans le cas contraire on passe au test 23; - test 23: on compare le régime à une valeur de seuil "Régime min"; si le régime est inférieur à ce seuil (faibles régimes), on passe au test 25 et dans le cas contraire au test 24; 493g 116X -9- - test 24: il consiste à comparer la température d'eau de refroidissement du moteur fournie par le capteur 11 à un seuil Tmin; si la température d'eau est inférieure à Tmin (fonctionnement à froid) on passe au test 25, et si elle est supérieure à T min on passe à l'étape 26; - étape 26: on incrémente un compteur de tours moteur d'une unité, compteur dont le contenu CPT est sup- posé avoir été initialisé à zéro à l'étape 20 lors de la première passe du programme; - l'étape suivante 27 est un test sur le contenu CPT du compteur de tours moteur; si CPT est supérieur ou égal à Nl et inférieur à Ni + a, on passe à l'étape 28 qui assure un enrichissement temporaire. Autrement dit, on effectue un enrichissement pendant a tours moteur consécutifs décomptés Nl tours après la remise à zéro du compteur de tours CPT. - Etape 28: l'enrichissement effectué à chacun de ces a tours est de la forme: TI = TIn +b = TIn (l + x), o: * TI est le temps d'injection engendré; * TIn est le temps d'injection nominal calculé en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur (au minimum pression et régime) et qui serait normalement engendré en l'absence d'enri- chissement temporaire; * x est un coefficient exprimé en % et qui peut être 49398 11676 - 10 - soit fixe, soit fonction du point de fonctionne- ment du moteur (charge, régime). - Après l'étape 28 ou en cas de réponse négative au test 27 on passe au test 29 qui concerne également le contenu CPT du compteur de tours; si CPT est supérieur ou égal à Ni + q et inférieur à N1 + g + f, on effectue à l'étape 30 un estompage ou réduction d'avance; dans le cas contraire, on passe à un test 31. - Etape 30: l'estompage ou réduction d'avance est de la forme: AV = AVn e = AVn (1 - k x), o: * AV: est l'angle d'avance à l'allumage engendré; * AVn: est l'angle d'avance à l'allumage nominal calculé en fonction des paramètres de fonctionne- ment du moteur (au minimum pression et vitesse) et qui serait normalement engendré en l'absence d'en- richissement temporaire; * x est le coefficient (%) servant au calcul de l'enrichissement à l'étape 28; * k est une constante de valeur prédéterminée. - Après l'étape 30, on passe au test 31 qui porte tot- jours sur le contenu CPT du compteur de tours: * si CPT = Ni c, on passe à un test 32 pour déter- miner si la sonde a changé d'etat entreies tours moteur N1 et Ni + c; 493U 1 1676 - 2554509 - 11 - * si CPT == Ni + c, on passe à un test 33. - Test 32: * si la réponse à ce test est négative, c'est que le moteur fonctionne toujours en mélange pauvre malgré l'enrichissement temporaire pratiqué aux tours Ni à Ni +a; on commande alors un faible enrichissement par augmentation du temps d'injec- tion nominal. A cet effet, on incrémente à l'étape 34 d'une unité le contenu o d'un compteur (J étant initialisé à zéro lors de la première passe du programme) et on calcule à l'étape 35 le temps d'injection: TIn = TIo (1 + 24-), o TIn est le temps d'injection nominal engendré; 20. TIo est le temps d'injection de base déterminé par le calculateur à partir de sa cartographie adressable en fonction de la pression et du régime. * Si la réponse au test 32 est positive, c'est au contraire que l'on est passé en mélange riche et l'on suscite un faible appauvrissement du dosage nominal en décrémentant i d'une unité à l'étape 36 et en calculant ensuite à l'étape 35 un nouveau temps d'injection nominal fonction de la nouvelle valeur de A l'étape 33, on examine si le contenu CPT du compteur de tours moteur est égal à une valeur prédéterminée d, 49398 11676 - 12 - qui représente la période de répétition du processus d'enrichissement et d'estompage d'avance temporaire: - dans la négative, on passe à la fin 37 du programme dans l'attente d'un nouveau déroulement de celui-ci au cycle moteur suivant; - dans l'affirmative, on réinitialise le contenu CPT du compteur de tours moteur à zéro à l'étape 38, puis on passe également à la fin 37 du programme. Dans l'hypothèse o les conditions de fonctionnement du moteur n'autorisent pas le processus d'enrichisse- ment et d'estompage d'avance temporaire, la réponse à l'un au moins des tests 21 à 24 est négative et l'on passe au test 25. Ce test consiste à déterminer si le contenu CPT du compteur de tours moteur est compris entre -Nl et Nl +c: - dans la négative, on passe directement à la fin 37 du programme; - dans l'affirmative, on réinitialise CPT à zéro à l'étape 39 puis on passe à la fin 37 du programme. On constate qu'avec le procédé suivant l'invention, l'état de la sonde A, utilisé comme critère de bou- clage d'un système d'injection programmé pour fonction- ner en mélange pauvre, est exploité de manière à faire tendre périodiquement le mélange engendré vers le rap- port stoechiométrlque. Il en résulte des modifications du temps d'injection de base programmé qui assurent un contrôle auto-adaptatif de la richesse nominale pour 4939 1 1676 - 13 - chaque point de fonctionnement du moteur programmé dans la cartographie du calculateur, ce qui permet de s'af- franchir des variations de caractéristiques dues au vieillissement du moteur. Cette régulation est rendue acceptable dans son appli- cation sur véhicule automobile par le fait que le sur- couple normalement engendré par l'enrichissement périodique est considérablement atténué par l'estompage périodique d'avance effectué. 49398 11676 - 14- REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un moteur à injection de car- burant et allumage commandé équipé d'un calculateur électronique d'injection et d'allumage couplé à une sonde de détection de la teneur en oxygène des gaz d'échappement, suivant lequel on élabore en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur un temps d'injection nominal (TIn) correspondant à un dosage pauvre en carburant du mélange carburé et on provoque périodiquement un enrichissement temporaire dudit mélange par augmentation du temps d'injection, carac- térisé en ce que, en réponse audit enrichissement tem- poraire, on provoque une diminution temporaire de l'angle d'avance à l'allumage nominal élaboré en fonction desdites caractéristiques de fonctionnement du moteur. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on interdit l'enrichissement et la diminution d'avance temporaires dans certaines au moins de plu- sieurs zones prédéterminées de fonctionnement du moteur. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites zones prédéterminées de fonctionnement du moteur comprennent les régimes transitoires de décélération et d'accélération, les charges inférieures à un premier seuil prédéterminé (P min), les charges supérieures à un deuxième seuil prédéterminé (P max), les régimes inférieurs à un troisième seuil prédéter- miné (Régime min) et le fonctionnement à une tempera- ture du liquide de refroidissement du moteur inférieure à un quatrième seuil prédéterminé (T min). 4g93 I 1676 - 15- 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on provoque l'enrichis- sement et la diminution d'avance temporaires pendant un nombre de tours (a, f) du moteur fonction de sa charge et de son régime. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on provoque l'enrichis- sement et la diminution d'avance temporaires pendant un nombre de tours fixe prédéterminé (a, f) du moteur. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'on provoque l'enrichis- sement et la diminution d'avance temporaires pendant un nombre identique (a = f) de tours moteur. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'on engendre la diminu- tion d'avance temporaire un nombre (g) prédéterminé de tours moteur après le début (Nl) de l'enrichissement temporaire. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on engendre l'enrichis- sement et la diminution d'avance temporaires avec une périodicité égale à un nombre fixe prédéterminé (d Y de tours moteur. 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, consécutivement à une phase d'enrichissement temporaire, on suscite une augmentation du temps d'injection nominal (TIn) si la sonde (10) n'a pas changé d'état et une diminution du temps d'injection nominal (TIn) si la sonde a changé d'état. 49398 11676 - 16 - 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on suscite ladite augmentation ou ladite diminu- tion du temps d'injection nominal (TIn) suivant que la sonde n'a pas ou a changé d'état à l'issue d'une période de temps égale à un nombre prédéterminé (N1 + c) de tours moteur et commençant avec la phase d'enrichissement temporaire. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit temps d'injection nominal (TIn) est égal à la somme d'un temps d'injection de base (TIo) déter- miné en fonction de la charge et du régime moteur et d'une fraction (TIo x Q-) dudit temps d'injection de base fonction d'un coefficient (4) que l'on incré- mente en l'absence de changement d'état de la sonde à l'issue de chaque période (Nl + c) consécutive à un enrichissement temporaire et que l'on décrémente dans le cas contraire. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que la valeur de l'augmentation temporaire (b = TInx)du temps d'injection (TI) est proportionnelle au temps d'injection nominal (TIn). 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la valeur de l'augmentation temporaire (b = TIn.x) du temps d'injection (TI) est fonction de la charge et du régime du moteur. 14. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'amplitude de la dimi- nution temporaire de l'angle d'avance à l'allumage (e = k.x.AVn) est proportionnelle à l'angle d'avance nomi- nal (AVn) et dépend de la valeur de l'augmentation temporaire du temps d'injection. 49398 1 1671