Brevet FR2640320A1 — publié le 19900615

264O320 La présente invention concerne un procédé pour optimiser le rapport carburant/air dans des moteurs à com- bustion interne, qui comportent dans leur passage de gaz d'échappement une sonde de mesure de gaz d'échappement et au moins un catalyseur, le mélange carburant/air introduit dans le moteur par l'intermédiaire d'un dispositif de dosa- ge étant réglé, en fonction de la composition de gaz d'é- chappement captée par la sonde de mesure, dans une unité de régulation jusqu'à une valeur approximativement stoechiomé- trique et une oscillation périodique bipolaire, modifiable en amplitude et/ou en fréquence en fonction de la charge et/ou de la vitesse de rotation, étant imposée à la grandeur introduite dans le dispositif de dosage. D'après le brevet DE 26 58 617, il est connu un système de régulation pour un moteur à combustion interne, dans lequel le signal d'une sonde de mesure de gaz d'échap- pement, indiquant la teneur résiduelle en oxygène dans les gaz d'échappement du moteur, est appliqué d'une manière connue à un circuit comparateur et ensuite à un dispositif de régulation proportionnelleintégrale (PI). Un peu avant que le signal "en dents de scie" produit par le disposi- tif de régulation, soit zppliqué à ur dispositif de dosage carburant/air, un signal alternatif périodique est ajouté à ce signal de commande et son amplitude correspond à peu près à celle du signal de commande tandis que sa fréquence est cependant un peu supérieure à la fréquence de pulsation de la composition de gaz d'échappement, c'est-à-dire qu'elle est supérieure à la fréquence de régulation s'établissant normalement. De cette manière, le signal de commande varie - et en conséquence également le rapport carburant/air - au-dessus et en dessous du niveau de comparaison du compara- teur, c'est-à-dire au-dessus et en dessous de la valeur stoechiométrique idéale. Cela fait en sorte que les écarts du rapport carburant/air par rapport à la valeur stoechiomé- trique idéale puissent être compensés rapidement par régula- tion. Un inconvénient de cette régulation consiste en ce que, pour obtenir une régulation rapide, l'oscillation alternative ajoutée doit dans chaque cas être choisie supé- rieure à la fréquence de régulation s'établissant normale- ment et qui est déterminée essentiellement par la géométrie du système, c'est-à-dire dans des temps de parcours dans le système. En outre, l'amplitude de l'oscillation alternative doit rentrer dans la gamme d'amplitudes du signal de comman- de. Le mélange carburant/air s'établissant de façon contrô- lée avec une telle régulation est évidemment riche et pauvre pendant la même durée, c'est-à-dire qu'il est stoechiométri- que en moyenne dans letemps mais non cependant en moyenne dans l'espace, car la sonde de mesure de gaz d'échappement capte la composition du mélange brut et ainsi des variations sta- tistiques, qui sont déterminées par des cylindres individuels ( par exemple constamment "riches"), dominent. Le fait que la fréquence de l'oscillation alternative ajoutée soit fonction de la vitesse de rotation du moteur tient compte à 2C cet égard de conditions concernant le moteur mais non cepen- dant de particularités concernant le catalyseur, comme par exemple le vieillissement. L'invention a pour but de créer un procédé de régu- lation servant à optimiser le rapport carburant/air dans des moteurs à combustion interne de telle sorte qu'il soit possi- ble, en conservant une régulation classique du rapport stoechiométrique X (régulation-lambda), avec ses avantages caractéristiques d'un régulateur intégral, d'influencer directement des grandeurs se rapportant au catalyseur. Ce problème est résolu conformément à l'invention en ce que l'amplitude de l'oscillation imposée est supérieu- re à l'amplitude de l'oscillation de régulation sans impo- sition. Selon d'autres particularités du procédé conforme à l'invention: L'oscillation imposée est fonction du temps de service du catalyseur. - L'oscillation imposée est une oscillation sinusoïdale. - L'oscillation imposée est une oscillation triangulaire. - Le catalyseur est disposé à l'intérieur du circuit de régulation. Pour remédier aux inconvénients mentionnés ci- dessus, on impose à la grandeur de commande w du dispositif de dosage carburant/air, qui prédéfinit le rapport carbu- rant/air, une amplitude et une fréquence pouvant être choisies au-dessus de l'oscillation alternative périodique dominant la régulation. La régulation-PI classique, qui est faite avec un signal d'entrée obtenu par une comparaison du signal fourni par la sonde de mesure de gaz d'échappe- ment avec une valeur de seuil prédéterminée, et un signal de sortie correspondant à la fonction en dents de scie Der- met demaintenir, notamment dans une condition contrôlée, avec sacaractéristique derégulateur àaction intégrale, c'est- à-dire également sans écart de régulation subsistant, une valeur moyenne de A= 1. La fréquence de régulation s'éta- blissant dans le cas d'une régulation classique est fonc- tion de la géométrie du système alors que par contre la fréquence de régulation établie dans le proc6Id conforme à l'invention peut être réglée au moyen d'une prédétermina- tion de fréquence de l'oscillation imposée, existant en prédominance avant la régulation, en exploitant les passa- ges des signaux par la valeur de seuil. A la différence d'une régulationlambda classique, qui est une régulation de signe, mais qui ne fournit cependant aucune indication quantitative sur le rapport carburant/air, il est possible, à partir du rapport, obtenu avec le procédé conforme à l'invention, entre les périodes correspondant à des mélan- ges respectivement " riches" et "pauvres", c'est-à-dire des périodes dans lesquelles le signal d'oscillation est situé au-dessus ou en dessous de la valeur de seuil, de détermi- ner le rapport carburant/air, car celui-ci est proportion- nel au rapport de périodes précité. Notamment la régulation peut être adaptée, en agissant sur la fréquence et l'amplitude de l'oscillation imposée, à différentes conditions de charge et de vitesse de rotation du moteur à combustion interne. En outre, la fréquence de régulation peut être augmentée de façon à adapter la régulation au rendement de conversion, qui dimi- nue avec l'augmentation de la durée de service du cataly- seur. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mis en évidence dans la suite de la descrip- tion, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin unique annexé qui représente schématiquement un système de régulation conforme à l'invention. Le circuit de régulation classique, servant à effectuer une régulationlambda, se compose d'un régulateur PI(Proportionnel-Intégral) 1, dont la grandeur de réglage agit sur un dispositif 2 de dosage carburant/air. Le mélan- ge carburant/air est fourni par ce dispositif de dosage 2 à un moteur à combustion interne 3, dont le comportement, conditionné par des conduits, etc., est celui d'un organe à temps mort. Les gaz d'échappement du moteur à combustion interne 3 sont transmis à un volume-catalyseur 4, qui est situé à l'intérieur du circuit de régulation. Ce volume- catalyseur 4 peut être constitué par un pré-catalyseur, suivi par une sonde 5 de mesure de gaz d'échappement et par un second catalyseur 6, ou bien il peut être constitué par un seul catalyseur dans lequel est disposée en un endroit approprié une sonde 5 de mesure de gaz d'échappement. Le fait que la sonde 5 de mesure de gaz d'échappement ne soit pas située dans la zone d'émission brute des gaz d'échappe- ment mais en aval d'un volume-catalyseur déterminé, fait en sorte que les variations statistiques produites par les cylindres individuels dans la composition des gaz d'échappe- ment ne puissent pas exercer une influence particulièrement grande sur la mesure. Le signal de la sonde 5 de mesure de gaz d'échappement, agencée par exemple comme une sonde à oxygène, qui réagit à la teneur résiduelle en oxygène dans les gaz d'échappement avec la caractéristique qui lui est propre, est appliqué à un comparateur 7 à l'aide duquel ce signal à deux niveaux est comparé à une valeur de seuil prédéterminée et qui détermine l'écart par rapport à cette valeur de seuil représentant la valeur stoechiométrique idéale. Le résultat de cette comparaison est appliqué comme grandeur d'entrée à un dispositif de régulation. Ce dispo- sitif de régulation est constitué, comme indiqué ci-dessus, par le régulateur-PI 1, la partie-P (à acticr proportionnelle) du régu- lateur 1 assurant un réglage rapide de la grandeur de régulation tandis que lapartie-I (à action intégrale),tenant comptedu comportement avec termps mort de la voie de régulation, empêche d'une manière connue un écart de régulation subsistant. Le signal de sortie du régulateur 1 qui a une forme "en dents de scie" dans le cas de la régulation-A classique effectuée avec un régula- teur-PI, est ensuite appliqué comme valeur corrective au dispositif 2 de dosage carburant/air. La grandeur prédéterminée de commande w du rapport carburant/air à régler par le dispositif de dosage 2 est soumise à une oscillation périodique, produite par un géné- rateur d'oscillations 8 et qui est modifiable en fréquence et en amplitude par l'intermédiaire d'un appareil de commran- de 9. Cette oscillation est prépondérante par rapport à la régulation classique. L'amplitude de l'oscillation imposée est choisie à cet égard plus grande que l'amplitude de l'oscillation de régulation. Sous l'effet de la fréquence et de l'amplitude de l'oscillation imposée, qui sont toutes deux réglables à l'aide de l'appareil de commande 9, on oblige le signal d'oscillation imposée à franchir la valeur de seuil prédéterminée. De cette manière, il est possible de faire varier la fréquence de régulation dans des lirites déterminées, à volonté et indépendamment de la géométrie de l'ensemble du système, c'est-à-dire indépendamment des temps de passage des gaz d'échappement dans le système. Grâce à la régulation-lambda conventionnelle, additionnel- lement encore existante et possédant la caractéristique de régulation-intégrale déjà décrite, on est en outre assu- ré, notamment dans une condition contrôlée, d'obtenir une régulation sans écart de régulation subsistant. Le réglage de la fréquence et de l'amplitude de l'oscillation imposée est effectué en vue d'une adaptation aux différentes condi- tions de marche du moteur, en relation avec la charge et la vitesse de rotation. A cet égard, la fréquence pourrait être augmentée par exemple en produisant une augmentation du débit d'air dans le moteur. Une autre possibilité d'intervention consiste à augmenter la fréquence de l'oscillation imposée à mesure que la distance d'activité du catalyseur croit, de façon à rétablir par une augmentation de la fréquence de régula- tion la diminution du rendement de conversion, c'est-à-dire l'augmentation des émissions de gaz d'échappement, résul- tant de cette augmentation de la distance d'activité du catalyseur. Comme mesure de cette distance d'activité, il est possible d'utiliser des signaux fournis par un compteur kilométrique sur un véhicule ou bien par un compteur d'heures de marche. Comme forme de signaux pour l'oscillation imposée, on choisira avantageusement une oscillation sinusoidale car cette forme est le moins altérée par les organes de trans- mission intervenant dans le circuit de régulation. A cet égard, on obtient au maximum un décalage dans le temps à cause du comportement avec temps mort et un amortissement d'ampli- tude à cause de la caractéristique de filtrage passe-bas du volume catalyseur agissant comme un organe de retardement. D'autre part, la dépense supérieure à prévoir pour la géné- ration d'oscillation s'oppose à l'oscillation sinusoïdale de sorte que, pour tenir compte de contradictions, on peut également envisager une oscillation de forme triangulaire. Dans une autre forme de réalisation de l'inven- ticn, le régulateur continu peut être remplacé par un réau- lateur numérique, qui opère sur la base du comptage des périodes "riches / pauvres " du mélange carburant/air. Des régulateurs numériques de ce genre peuvent en outre être très facilement réalisés. REVENDICATIONS 1. Procédé pour optimiser la régulation du rapport carburant/air dans des moteurs à combustion interne, qui comportent dans leur passage de gaz d'échappement une sonde de mesure de gaz d'échappement et au moins un catalyseur, le mélange carburant/air introduit dans le moteur par l'in- termédiaire d'un dispositif de dosage étant réglé, en fonc- tion de la composition de gaz d'échappement captée par la sonde de mesure, dans une unité de régulation jusqu'à une 1C valeur approximativement stoechiométrique et une oscillation périodique bipolaire, modifiable en amplitude et/ou en fré- quence en fonction de la charge et/ou de la vitesse de rota- tion, étant imposée à la grandeur introduite dans le dispo- sitif de dosage, caractérisé en ce que l'amplitude de-l'os- cillation imposée est supérieure à l'amplitude de l'oscilla- tion de régulation sans imposition. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oscillation imposée est fonction du temps de servi- ce du catalyseur (4, 6). 3. Procédé selon une des revendications 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que l'oscillation imposée est une oscilla- tion sinusoïdale. 4. Procédé selon une des revendications 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que l'oscillation imposée est une oscilla- tion triangulaire. 5. Procédé selon une des revendications 1 à 4, carac- térisé en ce que le catalyseur (4) est disposé à l'intérieur du circuit de régulation.