Brevet FR2624965A1 — publié le 19890623

Dispositif d'exploitation pour le signal de mesure d'une sonde lambda, disposée dans les gaz d'échappe- ment d'un moteur à combustion interne, exempt de per- turbation." L'invention concerne un dispositif d'exploi- tation pour obtenir, à partir du signal de mesure d'u- ne sonde lambda disposée dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, un signal de sortie exempt de perturbations. Le signal de mesure d'une sonde lambda dé- pend d'une multitude de grandeurs, notamment de la concentration d'oxygène à déterminer dans les gaz d'é- chappement, mais aussi de leur température et de la contre-pression des gaz d'échappement. Dans ce qui suit, il s'agit d'éliminer les influences de la pres- sion. L'influence des fluctuations de pression sur le signal de mesure, est visible sur la figure 1 pour une sonde du type à courant de pompage, et sur la fi- gure 2 pour une sonde du type Nernst, dans chaque cas, pour un moteur avec quatre cylindres. Dans les deux cas, il a été réglé par un dosage approprié de la quantité de carburant par rapport à la quantité de l'air amené aux cylindres, une valeur lambda de 1,25. S'il n'y avait pas eu de dépendance de la pression, les sondes lambda se trouvant dans le courant des gaz d'échappement, auraient dû délivrer de façon constan- te, une tension correspondant à une valeur lambda de 1,25. On peut voir clairement que ce n'est pas le cas. Au contraire, la figure 1 montre de fortes fluctua- tions avec des écarts maximaux allant à peu près jusqu'à plus 24 pour cent et jusqu'à moins 13 pour cent. Les écarts maximaux sur la sonde de type Nernst (figure 2) sont d'environ plus ou moins 3 pour cent. Les dispositifs d'exploitation classiques pour les signaux de mesure de sondes lambda, compor- tent un filtre passe-bas pour filtrer des signaux pa- rasites rapides et un convertisseur analogique- numérique qui, après chaque cycle de programme, est exploré. Le temps d'intégration du filtre passe-bas ne doit pas être choisi trop long, afin que le signal de sortie sur le convertisseur analogique-numérique, ne réagisse pas trop paresseusement aux variations de la valeur lambda effective. De ce fait, les perturbations d es à la pression ne sont pas éliminées par la fil- tration, de sorte que le signal de sortie déterminé à l'instant de l'exploration peut s'écarter vers le haut ou vers le bas, de la valeur lambda effective. Le dis- positif de réglage auquel est appliqué le signal de sortie, reçoit en conséquence une information de va- leur réelle erronée, ce qui empêche un résultat de ré- glage optimal. L'invention a pour but de proposer un dispo- sitif d'exploitation du type initialement mentionné, qui corrige l'influence de la pression sur le signal de mesure d'une sonde lambda. Ce but est atteint, conformément à l'inven- tion en ce que ce dispositif comporte: - un moyen d'intégration auquel est amené le signal de mesure de la sonde et qui intègre ce signal sur un temps d'intégration à partir de l'instant de démar- rage, et délivre en tant que signal de sortie, le signal ainsi intégré, une horloge qui détermine l'instant de démarrage pour l'intégration, et qui, à partir des grandeurs caractéristiques du fonctionnement qui lui sont ame- nées, calcule la durée de la période des pulsations de pression des gaz d'échappement et qui détermine le temps d'intégration à partir de la durée ainsi calculée de la période par multiplication avec un facteur correspondant à un nombre entier susceptible d'être prédéfini. Le dispositif d'exploitation conforme à l'invention se distingue par un moyen d'intégration qui n'intègre pas en continu avec de très courtes constantes de temps, comme le filtre passe-bas utilisé jusque là, mais qui intègre, de la façon la plus pré- cise possible, uniquement sur un multiple entier de la durée de la période d'une fluctuation de pression, no- tamment de façon précise sur une seule période. La du- rée de la période est calculée par une horloge à par- tir des grandeurs caractéristiques de fonctionnement qui lui sont amenées, notamment en fonction de la vi- tesse de rotation du moteur. L'horloge détermine éga- lement l'instant de démarrage pour l'intégration. Si, sur la base du signal de sortie du dis- positif d'exploitation, le temps d'injection pour tou- tes les soupapes d'injection d'un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres doit être déterminé d'u- ne façon identique commune, l'instant de démarrage pour l'intégration peut être choisi librement. S'il se présente en outre, le cas o chaque cylindre provoque essentiellement les mêmes fluctuations de pression sur la sonde lambda, il suffit d'intégrer juste sur la du- rée de la période d'une pulsation de pression. Si, par contre, les fluctuations de pression sont différentes d'un cylindre à l'autre, il est plus avantageux, d'in- tégrer sur une durée, dans laquelle les fluctuations de pression de tous les cylindres sont détectées, c'est-à-dire par exemple sur quatre durées de période dans le cas d'un moteur à combustion interne à quatre temps et à quatre cylindres. Si le comportement différent de cylindres différents doit être détecté, il est nécessaire d'in- tégrer respectivement d'une façon aussi précise que possible, sur une durée de période, et de commencer l'intégration respectivement d'une façon aussi précise que possible, lorsque les gaz d'échappement en prove- nance d'un cylindre déterminé, atteignent la sonde lambda, et ceci pour la raison suivante. Si la soupape d'échappement s'ouvre sur un cylindre déterminé, il se produit une onde de pression qui se propage à travers les gaz d'échappement à la vitesse du son. L'amplitude de cette onde de pression, telle qu'elle se propage également à la sonde lambda, présente, vue sur une durée de période, une allure correspondant à l'allure des valeurs indiquées par la sonde du coefficient d'air lambda, correspondant aux figures 1 ou 2. On attirera encore une fois l'atten- tion sur le fait que pendant les mesures, le coeffi- cient d'air a été maintenu constant à 1,25 et que les fluctuations qui sont indiquées pour ce coefficient d'air, sont provoquées par des fluctuations de pres- sion. Les gaz d'échappement, en tant que tels, se dé- placent beaucoup plus lentement entre les échappements des cylindres et la sonde lambda que ne se propagent les ondes de pression sortant des cylindres. Ainsi, il est possible que pendant la durée de période pendant laquelle l'onde de pression sortant du cylindre 1 se propage à la sonde lambda, les gaz d'échappement ex- pulsés à l'instant plus tôt par le cylindre 3, circu- lent le long de la sonde. Si maintenant la vitesse de rotation varie, ceci n'a pas d'influence sur la vites- se de propagation des ondes de pression, mais influe sur la vitesse d'écoulement des gaz d'échappement. Il est ainsi possible que, pour une vitesse de rotation autre que celle correspondant au cas précédemment men- tionné, les gaz d'échappement en provenance du cylin- dre 4 s'écoulent le long de la sonde au bout du même laps de temps dans lequel l'onde de pression sortant du cylindre 1 arrive à l'emplacement de la sonde. Pour à nouveau une autre vitesse de rotation, l'onde de pression peut, dans une première partie de la durée de la période, traverser encore des gaz d'échappement en provenance du cylindre 3, tandis que dans la partie restante, elle traverse des gaz d'échappement en pro- venance du cylindre 4. Comme le coefficient d'air doit être chaque fois mesuré pour un cylindre déterminé, le temps d'intégration doit, indépendamment du début d'u- ne pulsation de pression, être appliqué à l'instant o précisément les gaz d'échappement de ce cylindre dé- terminé, atteignent la sonde lambda. Pour éliminer l'influence de l'onde de pression se déplaçant sur la mesure du coefficient d'air, l'intégration s'effectue précisément sur une durée de la période indépendamment de la position de phase de l'onde de pression. L'ensemble du dispositif d'exploitation peut être constitué par un microcalculateur, comme cela est actuellement courant dans une large mesure pour les composants électroniques dans les véhicules automobi- les. Pour décharger toutefois, le microcalculateur de la fonction spéciale de l'intégration, il est avanta- geux d'utiliser comme moyen d'intégration, un compo- sant distinct, tel que ceux courants dans le commerce pour cet usage. Le moyen d'intégration reçoit alors du microcalculateur, uniquement un signal de démarrage et un signal d'arrêt pour l'intégration ou bien un signal de démarrage et une information concernant le temps d'intégration. Un diagramme par blocs d'un dispositif d'ex- ploitation comportant un moyen d'intégration et une horloge, est représenté sur la figure 3. Des exemples de réalisation de l'invention vont être exposés plus en détail dans la description ci-après, en partant de la figure 3. Les figures 1 et 2 concernant des représentations de valeurs lambda dé- pendantes de la pression, ont déjà été expliquées. Le dispositif d'exploitation 10 conforme au diagramme par blocs de la figure 3, comporte un moyen d'intégration 11 et une horloge 12. A l'horloge 12 sont amenées, conformément à l'exemple de réalisation, six grandeurs à savoir des grandeurs pour la charge L, pour l'angle de vilebrequin Y, pour la vitesse de ro- tation n, pour le nombre Z des cylindres, pour le nom- bre T des temps et pour le nombre N des durées de pé- riodes, sur lesquelles l'intégration doit s'effect:'-. L'horloge 12 calcule le temps d'intégra n selon l'égalité suivante: N x T / (2 x n x Z). L'instant de démarrage dépend, de façon dé- terminante, de la différence d'angle de vilebrequin A y parcouru depuis l'instant ou s'est ouvert l'échappe- ment du cylindre concerné. Dans l'horloge 12 est mémo- risé un champ caractéristique dans lequel sont déposés des angles de vilebrequin au démarrage susceptibles d'être adressés en fonction de la charge L et de la vitesse de rotation n. Pour les valeurs se présentant respectivement de la charge L et de la vitesse de ro- tation n, l'angle de vilebrequin au démarrage corres- pondant est lu. Dès que l'angle de vilebrequin effec- tif y amené à l'horloge, coïncide avec l'angle de vi- lebrequin au démarrage lu, l'horloge délivre un signal de démarrage au moyen d'intégration 11. En outre, un circuit de temps est mis en marche, ce circuit déli- vrant un signal d'arrêt au moyen d'intégration 11 dès que le temps d'intégration calculé est écoulé. Le moyen d'intégration 11 est constitué de façon qu'il intègre linéairement pendant la totalité du temps d'intégration, qui pour une vitesse de rota- tion lente et une intégration sur plusieurs durées de périodes de pulsation de pression, peut aller jusqu'à environ 1 seconde. Ceci s'effectue, soit par fréquen- tes explorations par un dispositif d'intégration numé- rique avec un convertisseur analogique-numérique bran- ché en amont, ou bien par un organe RC avec une très courte constante de temps qui est toutefois si fré- quemment explorée et ramenée à zéro à chaque explora- tion, qu'il intègre chaque fois dans sa zone linéaire. Les valeurs lues lors de chaque exploration sont tota- lisées. Si une sonde lambda (non représentée) déli- vre, comme signal de mesure pour un coefficient d'air lambda de 1,2, une tension US de 60 mV, de façon cons- tante, ou bien en moyenne, le moyen d'intégration 11 intègre, selon un exemple de réalisation analogique, jusqu'à 40 mV ou bien selon un exemple de réalisation numérique, à la valeur de comptage 120. D'autres va- leurs d'intégration USit correspondent à des signaux de mesure qui sont supérieurs ou bien inférieurs du même facteur aux 60 mV précités du signal de mesure entrant. Les valeurs d'intégration qui correspondent aux tensions intégrées, sont converties, dans un moyen de réglage (non représenté) en valeurs lambda corres- pondantes. Cela s'effectue par exemple à l'aide d'un champ, déposé dans une mémoire, de valeurs d'intégra- tion et de valeurs lambda associées les unes aux au- tres. Le signal de totalisation ou bien d'intégra- tion doit en fait être encore normalisé dans le temps, afin de ne pas obtenir pour des vitesses de rotation différentes, des valeurs d'intégration différentes en partant de tensions de mesure US identiques. On peut toutefois, en règle générale, renoncer à cette norma- lisation dans le temps, car les valeurs d'intégration sont normalement utilisées dans un système de régula- tion qui comporte une mémoire pour les valeurs de con- signe lambda, adressables par l'intermédiaire de va- leurs de grandeurs de fonctionnement et d'adressage, notamment la vitesse de rotation. Avantageusement, les valeurs de consigne sont déposées dans cette mémoire de façon que pour différentes vitesses de rotation, elles tiennent compte de l'existence de temps d'inté- gration différents. L'absence de la normalisation dans le temps ne se manifeste alors absolument pas lorsque l'écart de réglage disparait, et se manifeste à peine dans le cas des écarts de réglage réduits intervenant en pratique. Si ces petits défauts doivent être égale- ment évités, il y a lieu de procéder à la normalisa- tion dans le temps, ce qui peut se faire en divisant par la durée de la période ou en multipliant par la vitesse de rotation, dans un moyen de normalisation faisant partie du moyen d'intégration. Dans un montage expérimental, le facteur de multiplication N avait été fixé à "1", de sorte que le temps d'intégration correspondait à la durée de la pé- riode d'une pulsation de pression. Ceci présentait l'avantage que l'on pouvait effectuer, aussi bien des essais concernant le réglage commun pour toutes les soupapes d'injection d'un moteur à combustion interne multi-cylindres, que des essais pour le réglage séparé du temps d'injection de chaque soupape individuelle. Dans ce dernier cas, la valeur d'intégration pour, respectivement un cylindre, était au signal d'arrêt, transmise par l'intermédiaire d'un multiplexeur res- pectivement à une mémoire de résultat qui était asso- ciée au cylindre pour lequel avait lieu la mesure. Le fonctionnement du dispositif de réglage était prévu de façon que ce dispositif, lorsqu'il avait besoin d'une valeur réelle pour la régulation du temps d'injection de la soupape d'injection sur un cylindre déterminé, accédait précisément à la mémoire de résultat dans la- quelle était mémorisée la valeur d'intégration pour le cylindre correspondant. L'exploitation d'une valeur d'intégration donnée, peut s'effectuer de multiples façons. Il a été exposé ci-dessus, que les valeurs d'intégration (ana- logiques ou bien numériques) sont amenées à un champ caractéristique à partir duquel les valeurs lambda correspondantes sont lues. Pour pouvoir utiliser, au lieu de tels champs caractéristiques, des champs ca- ractéristiques classiques, qui donnent une corrélation directe entre un signal de mesure de sonde et dne va- leur lambda, il est par contre avantageux, de normali- ser tout d'abord chaque valeur d'intégration sur un signal de mesure. Rapporté à l'exemple de réalisation précédent, cela signifie ce qui suit. Dans cet exem- ple, il est indiqué qu'un signal moyen de mesure de 60 mV correspond à une valeur d'intégration de 40 mV. A partir de là, on peut calculer un facteur de multipli- cation de 1,5 par lequel chaque valeur d'intégration doit être multipliée pour arriver à la valeur moyenne effective du signal de mesure. Si cette multiplication est réalisée, un champ caractéristique classique peut être utilisé pour la conversion en valeur lambda. Dans le cas de l'exemple de réalisation pré- cédent, l'instant de démarrage était lu à partir d'un champ caractéristique, en fonction de la vitesse de rotation n et de la charge L. Mais en tant que gran- deur d'adressage pour le champ caractéristique, on peut toutefois utiliser également d'autres grandeurs de fonctionnement, par exemple les rapports de fonc- tionnement ou les rapports de pression mesurés. Il peut également être recommandable d'inclure la tempé- rature des gaz d'échappement dans les grandeurs prises en compte, car la vitesse du son avec laquelle l'onde de pression se propage dans les gaz d'échappement, dé- pend de la température de ces gaz d'échappement. Au lieu de lire les instants de démarrage dans un champ caractéristique, il est également possible de détermi- ner-l'instant de démarrage par l'intermédiaire de temps d'écoulement des gaz calculés. Le calcul s'ef- fectue à nouveau en partant de grandeurs de fonction- nement surveillées. Que, dans un cas donné, les in- stants de démarrage soient lus à partir d'un champ ca- ractéristique ou bien soient calculés, dépend entre autres de la durée minimale nécessaire du cycle pour un programme de calcul de l'ensemble du système de ré- glage. Si on ne dispose que de peu de temps de calcul pour déterminer l'instant de démarrage, il est plus avantageux d'opérer avec un champ caractéristique. Ceci nécessite toutefois une mémoire plus importante que la forme de réalisation dans laquelle on opère par le calcul. Les exemples de réalisation mentionnés jusqu'ici concernent un moteur à combustion interne avec une unique sonde lambda accompagnée d'un disposi- tif d'exploitation. Il peut toutefois être également prévu sur un moteur à combustion interne, plusieurs sondes lambda accompagnées respectivement d'un dispo- sitif d'exploitation correspondant. Si une sonde lamb- da est disposée dans la tubulure individuelle des gaz d'échappement de chaque cylindre, l'intégration peut s'effectuer sur des multiples entiers de la durée de la période avec un instant de démarrage choisi à vo- lonté. Si, par contre, dans le cas d'un moteur compor- tant plusieurs culottes pour respectivement un groupe de tubulures individuelles de gaz d'échappement, une sonde lambda est respectivement disposée sur chaque culotte, ce qui a été décrit ci-dessus concernant une sonde unique disposée dans la tubulure collectrice d'un moteur à combustion interne, est valable pour la sonde considérée. Dans ce cas, il est à nouveau néces- saire, pour affecter spécifiquement les signaux aux cylindres, de déterminer, comme indiqué ci-dessus, l'instant de démarrage respectif en le rapportant aux différences d'angles de vilebrequin. D'autres améliorations sont caractérisées en ce que: - pour une application sans distinction des cylindres individuels du moteur à combustion interne, l'instant de démarrage est déterminé à volonté par l'horloge 12; - au moins une horloge 12 est constituée par un microcalculateur. REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'exploitation pour obtenir, à partir du signal de mesure d'une sonde lambda dispo- sée dans les gaz d'échappement d'un moteur à combus- tion interne, un signal de sortie exempt de perturba- tions, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte: - un moyen d'intégration (11) auquel est amené le si- gnal de mesure de la sonde et qui intègre ce signal sur un temps d'intégration à partir de l'instant de démarrage, et délivre en tant que signal de sortie, le signal ainsi intégré, - une horloge (12) qui détermine l'instant de démarra- ge pour l'intégration, et qui, à partir des gran- deurs caractéristiques du fonctionnement qui lui sont amenées, calcule la durée de la période des pulsations de pression des gaz d'échappement, et qui détermine le temps d'intégration à partir de la du- rée ainsi calculée de la période par multiplication avec un facteur correspondant à un nombre entier susceptible d'être prédéfini. 2.- Dispositif d'exploitation selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que pour une applica- tion aux cylindres individuels d'un moteur à combus- tion interne, le facteur est "1" et l'horloge (12) dé- termine en fonction des grandeurs de fonctionnement qui lui sont amenées, chaque instant de démarrage, de façon qu'il corresponde respectivement de façon préci- se, à l'instant auquel, dans ce cas d'application, les gaz d'échappement en provenance d'un cylindre détermi- né, atteignent la sonde lambda. 3.- Dispositif d'exploitation selon la re- vendication 2, caractérisé en ce que l'horloge (12) comprend une mémoire d'instant de démarrage, qui, pour des valeurs prédéfinies de grandeurs de fonctionnement du moteur à combustion interne, notamment la vitesse de rotation, mémorise les instants de démarrage cor- respondants, qui sont adressables par l'intermédiaire de ces valeurs prédéfinies. 4.- Dispositif d'exploitation selon la re- 5. vendication 2, caractérisé en ce que l'horloge calcule chaque instant de démarrage à partir des valeurs res- pectivement actuelles des grandeurs de fonctionnement qui lui sont amenées. 5.- Dispositif d'exploitation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs mémoires de résultats dont chacune est affectée à un cylindre du moteur à combus- tion interne sur lequel doit être utilisé le disposi- tif d'exploitation (10), et chaque mémoire de résultat étant reliée au moyen d'intégration de façon à rece- voir de ce dernier, le signal de sortie qui est déter- miné à partir des signaux de mesure obtenus pour le cylindre correspondant. 6.- Dispositif d'exploitation selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que, pour une appli- cation sans distinction des cylindres individuels du moteur à combustion interne, l'instant de démarrage est déterminé à volonté par l'horloge (12). 7.- Dispositif d'exploitation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les instants de démarrage sont donnés par l'angle du vilebrequin. 8.- Dispositif d'exploitation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins l'horloge (12) est constituée par un mi- crocalculateur. 9.- Dispositif d'exploitation selon la re- vendication 8, caractérisé en ce que le moyen d'inté- gration (11) est un composant intégré avec un circuit d'intégration RC susceptible d'être exploré et d'être ramené à l'état initial. 10.- Dispositif d'exploitation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de normalisation appartenant au moyen d'intégration (21) qui normalise dans le temps, sur la durée de la période, le signal intégré, par exemple en le divisant par la durée de la période ou bien en le multipliant par la vitesse de rota- tiond'un moteur à combustion interne.