Brevet FR2715439A1 — publié le 19950728

l " Régulateur de mélange pour moteur à combustion interne d'une valeur prédéfinie du rapport air/carburant. " L'invention concerne un régulateur de mélange pour régler sur une valeur prédéfinie de réglage délivré par un régulateur à deux positions proportionnel et inté- grale (PI) servant à régler les proportions d'air et de carburant du mélange fourni à un moteur à combustion in- terne. Une valeur de seuil d'une grandeur de mesure fait partie de la valeur prédéfinie mentionnée du rapport air/carburant. Quand la grandeur de mesure est la tension de sortie d'une sonde de Nernst et quand le rapport men- tionné a la valeur 1, la valeur de seuil atteint environ 450 mV quand la tension de la sonde est exploitée directe- ment. Cette valeur de seuil peut être convertie de telle façon qu'elle corresponde à 0 mV ou à une autre valeur quelconque appropriée. Il est déterminant qu'alors, quand la tension de la sonde se trouve de l'un des côtés de la tension de seuil, on procède à un enrichissement du mélange par le régulateur de mélange, alors qu'on procède à un ap- pauvrissement dans le cas contraire. Quand la tension d'une sonde de Nernst est directement exploitée, les tensions correspondent, par l'intermédiaire de la tension de seuil, à un mélange absolument riche, tandis que celles en dessous du seuil correspondent à un mélange absolument pauvre. La position de la tension de seuil n'est pas trop critique dans le cas d'une sonde de Nernst car cette sonde, dans le cas du passage d'un mélange riche à un mélange pauvre et inversement, montre une très grande élévation de tension dans une très étroite zone de la composition du mélange. Quand un moteur à combustion interne doit fonc- tionner en moyenne non pas avec un mélange stoechiométrique mais par exemple avec un mélange pauvre, la valeur de seuil est modifiée en conséquence pour obtenir une inversion en- tre régime pauvre et régime riche. Dans la mesure o l'on utilise dans cette demande les concepts de "mélange riche" et de "mélange pauvre", ceux-ci ont une signification par rapport à la valeur de seuil. Quand, lors de l'utilisation d'une sonde de Nernst la valeur de seuil est par exemple réglée sur seulement 100 mV, une valeur de mesure de 200 mV correspond en fait en valeur absolue à un mélange déjà pau- vre, mais qui doit être encore davantage appauvri pour que la valeur de mesure tombe en dessous de la valeur de seuil, cet état étant, à cause de cela, riche par rapport à la va- leur de seuil. La grandeur de mesure ne doit pas être nécessai- rement une tension mais peut être aussi par exemple une in- tensité, par exemple quand on utilise une sonde de courant limite au lieu d'une sonde de Nernst pour mesurer la compo- sition du mélange. Les sondes telles que les sondes de Nernst peuvent présenter une forte non linéarité entre la teneur en oxygène du mélange et la valeur de mesure, ou la relation peut être presque linéaire, comme dans le cas des sondes de courant limite. Moins la relation est linéaire et plus les moyens selon l'invention agissent fortement. Etat de la technique Dans le cas de l'utilisation de régulateurs de mélange à caractéristique PI pour des moteurs à combustion interne à plusieurs cylindres, on peut observer que la ten- sion de la sonde oscille avec une fréquence plus élevée que celle à laquelle on pourrait s'attendre par la coopération de la caractéristique PI et du temps de retard du circuit de régulation provoqué par exemple par les temps de par- cours des gaz. Cet effet désigné dans le brevet US 4 932 383 comme un " bruit chimique " est à imputer à des disper- sions dans la composition du mélange d'un cylindre à l'au- tre dans le cas des moteurs à combustion interne à plusieurs cylindres. Quand les différents cylindres d'un moteur sont alimentés par des mélanges légèrement différents, les gaz d'échappement sortant de l'un des cylindres peuvent être par exemple déjà légèrement pauvres, tandis que ceux qui sortent d'un autre cylindre sont encore légèrement riches. Par suite la valeur de mesure saute plusieurs fois, à l'in- térieur d'un court intervalle de temps, au-dessus et au- dessous de la valeur de seuil, ce qui déclenche à chaque fois tout de suite un saut P quand un passage du régime ri- che au régime pauvre est détecté. De cette façon la valeur de réglage peut en très peu de temps se déplacer relative- ment loin, d'une manière indésirable, dans le sens du mé- lange pauvre. Une difficulté semblable survient avec l'écoulement d'un temps de retard après un passage du ré- gime pauvre au régime riche. Dans tous les cas des sauts P indésirables conduisent à des écarts de régulation d'une grandeur indésirable de la composition du mélange. Description de l'invention L'invention a pour objet d'indiquer un régulateur de mélange pour un moteur à combustion, qui règle la compo- sition d'un mélange air-carburant avec de très faibles écarts de régulation. A cet effet l'invention concerne un régulateur de mélange qui est constitué de telle façon qu'il: a) détecte la valeur actuelle du signal d'une sonde à oxy- gène disposée dans la ligne d'échappement du moteur à combustion interne, b) recherche si la valeur actuelle de mesure comparée à la valeur de mesure précédente a croisé une valeur de seuil dans le sens mélange riche ou dans le sens mé- lange pauvre, c) réalise les variations suivantes de la valeur de réglage quand il y a un croisement dans le sens pauvre: décalage de la valeur de réglage avec un grand pas, par un saut P, dans le sens riche et démarrage d'une inté- gration dans le sens pauvre après l'écoulement d'un temps de retard prédéfini et c') réalise les variations suivantes du facteur de régula- tion quand il y a un croisement dans le sens riche: arrêt de l'intégration de la valeur de réglage dans le sens riche et démarrage d'une intégration dans le sens pauvre après l'écoulement d'un temps de retard prédéfi- ni, et d) retourne à la séquence b) après la séquence c) ou c'), régulateur de mélange caractérisé en ce qu'il est en outre constitué de telle façon qu'il attend à la sé- quence c) et/ou c') l'écoulement d'un temps de blocage, avant de revenir à la séquence b) quand il est à la sé- quence d). Ainsi, selon une première variante, on attend après un saut P seulement pendant un temps de blocage pré- défini, avant qu'un autre saut P ne soit possible dans le même sens. Selon une seconde variante, on contrôle après l'écoulement d'un temps de retard ayant démarré quand la valeur de mesure de la sonde a franchi la valeur de seuil mentionnée au début dans un sens prédéterminé, si la valeur de mesure se trouve ou non toujours du même côté de la ten- sion de seuil qu'après le franchissement. Si elle se trouve de l'autre côté, aucun saut P n'est déclenché. Selon une troisième variante, quand la valeur de mesure avec l'écoulement du temps de retard que l'on vient de mentionner se trouve en fait du même côté, mais quand pendant une grande partie du temps de retard elle se trou- vait de l'autre côté, aucun saut P n'est non plus déclen- ché. Dans le cas de ces trois variantes on a en commun le concept technique selon lequel on utilise un intervalle de temps prédéfini pour décider si on doit permettre un saut P ou non. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation de l'invention représenté sur les dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 montre un schéma de principe desti- né à illustrer la coopération entre un régulateur de mé- lange selon l'invention et un moteur à combustion interne, - la figure 2 montre l'évolution schématique dans le temps de la tension d'une sonde de Nernst et, représen- tée en dessous, l'évolution correspondante de la valeur de réglage d'un régulateur de mélange et, en fait, à la figure 2a pour le passage du régime riche au régime pauvre et aux figures 2b et 2c du régime pauvre au régime riche, étant noté que dans le cas de la figure 2b, il y a toujours un mélange riche après l'écoulement d'un temps de retard, tan- dis que dans le cas de la figure 2c il y a par contre à nouveau un mélange pauvre. - la figure 3 montre un ordinogramme servant à expliciter le fonctionnement de l'appareil de commande se- lon l'invention représenté à la figure 1. Description des exemples de réalisation La figure 1 montre un appareil de commande 10 fonctionnant comme un régulateur de mélange selon l'inven- tion sur un moteur à combustion interne 11 dans la ligne d'échappement duquel est disposé un pot catalytique 12. La teneur en oxygène des gaz d'échappement est mesurée par une sonde d'oxygène 13 qui délivre son signal de sortie SV à l'appareil de commande 10. Celui-ci retraite la valeur de mesure obtenue d'après un algorithme déterminé et délivre alors une valeur de réglage STW à un dispositif d'injection de carburant 14. Dans l'appareil de commande 10 se trouve une mémoire morte 15 dans laquelle a été mis en mémoire un programme qui confère à l'appareil de commande la fonction d'un régulateur de mélange selon l'invention, telle qu'on va l'expliquer plus en détail ci-après à partir de la fi- gure 3. Le régulateur de mélange selon l'invention pré- sente ses avantages de la façon la plus nette quand il coo- père avec une sonde de Nernst comme sonde d'oxygène 13 et quand il régule un mélange stoechiométrique. Dans la zone située autour du mélange stoechiométrique une sonde de Nernst présente une très forte dépendance de sa tension de sortie par rapport à la composition du mélange. En conse- quence les plus petites variations de la composition du mé- lange suffisent pour que la tension de la sonde franchisse plusieurs fois, dans un court intervalle de temps, une va- leur de seuil TH. Le régulateur de mélange selon l'inven- tion empêche que de tels franchissements aient un effet négatif sur son comportement. Si on utilise des sondes qui ont plutôt un comportement linéaire entre la composition du mélange et la valeur de mesure délivrée par celles-ci, il se produit plus rarement de tels croisements multiples en- tre la valeur de mesure et la valeur de seuil à l'intérieur d'un court intervalle de temps, mais on ne peut pas toute- fois les exclure totalement, de telle sorte que le régula- teur de mélange selon l'invention présente aussi un avantage dans de tels cas. Sur les figures 2a, 2b et 2c, la valeur de mesure de la sonde coupe plusieurs fois la valeur de seuil TH à l'intérieur d'un court intervalle de temps de par exemple quelques centaines de millisecondes. Dans le cas de la fi- gure 2a le premier croisement a lieu quand on passe d'un mélange riche à un mélange pauvre. Le premier croisement déclenche un saut P dans le sens riche. Selon l'invention on déclenche en même temps un temps de blocage " t- blocage " à l'intérieur duquel aucun autre saut P n'est au- torisé. Dans le cas de l'exemple représenté, la valeur de mesure de la sonde croise la valeur de seuil à l'intérieur du temps de blocage dans le sens du mélange pauvre vers le mélange riche, et à nouveau dans le sens du mélange riche vers le mélange pauvre. Les régulateurs de mélange utilisés jusqu'ici, qui n'ont pas de temps de blocage, bloqueraient l'intégration de la valeur de réglage lors du passage du mélange riche au mélange pauvre comme on va l'expliquer ci- après davantage à partir de la figure 2b et, lors du pas- sage renouvelé du mélange riche vers le mélange pauvre, ils déclencheraient un nouveau saut P ce qui amènerait la va- leur de réglage relativement loin dans la zone pauvre. Des croisements multiples entre la valeur de me- sure de la sonde et la valeur de seuil sont vraisemblables en particulier à l'intérieur d'un court intervalle de temps après le premier croisement, après un intervalle de temps plus long. En conséquence le temps de blocage mentionné est déclenché après le premier croisement. Quand ce temps s'est écoulé la valeur de mesure de la sonde est assez éloigné en règle générale de la valeur de seuil pour que, dans le cas d'autres oscillations de la valeur de mesure de la sonde, un croisement avec la valeur de seuil soit invraisemblable. Il y a lieu de noter que tout le comportement dans le temps dépend de la fréquence de régulation du régulateur de mé- lange, qui de son côté dépend de la vitesse de rotation et de la charge du moteur à combustion interne 11. De préfé- rence le temps de blocage atteint 20 à 25 % de la durée de période de l'oscillation. Au ralenti celle-ci a par exemple une durée d'un petit nombre de secondes. De façon corres- pondante le temps de blocage atteint dans ce cas quelques centaines de millisecondes. La figure 2b montre un cas dans lequel le premier de plusieurs croisements consécutifs entre la valeur de me- sure de la sonde et la valeur de seuil, est un croisement qui passe du régime pauvre au régime riche. A l'instant du croisement est déclenché un temps de retard t_V à l'inté- rieur duquel il n'y a pas, de manière connue, de saut P dans le sens pauvre. Ceci a pour conséquence un léger déca- lage du mélange dans le sens riche par rapport à sa compo- sition telle qu'elle correspond, à proprement parler, à la valeur de seuil précédente. Le régulateur selon l'invention repose sur deux autres moyens additionnels par comparaison avec les régulateurs utilisés jusqu'ici. L'un de ces moyens réside dans le fait que, comme on peut le voir à partir de la figure 2b, on ne laisse pas se produire de sauts P à l'intérieur du temps de retard malgré plusieurs croise- ments. On peut reconnaître le deuxième moyen en comparant les figures 2b et 2c. Le régulateur de mélange selon l'in- vention recherche en effet si le mélange, quand le temps de retard s'est écoulé, est encore dans le régime riche ou de nouveau dans le régime pauvre. Si le mélange se trouve en- core dans le régime riche, on déclenche un saut P dans le sens pauvre et on fait démarrer l'intégration dans le sens pauvre c'est-à-dire qu'on prend des mesures telles que les régulateurs de mélange conventionnels les réalisent fonda- mentalement après l'écoulement du temps de retard. Si par contre le mélange, quand le temps de retard s'est écoulé, se trouve dans le régime pauvre, aucun saut P n'est déclen- ché mais il n'y a que l'intégration de la valeur de réglage qui a lieu dans le sens pauvre. La figure 3 réunit dans un ordinogramme les élé- ments représentés précédemment à la figure 2. Après le dé- marrage du déroulement représenté à la figure 3 commencent deux processus se déroulant en permanence à l'arrière plan, à savoir la mesure de la tension de sonde SV et la mesure du temps. Ensuite, au cours d'une séquence S1, on vérifie si la tension de sonde croise la tension de seuil TH. Dès que c'est le cas, on contrôle s'il se produit un passage du régime riche au régime pauvre ou l'inverse (séquence S2). Lors d'un passage du régime riche au régime pauvre il se produit un saut P de la valeur de réglage STW dans le sens riche et on démarre une intégration de la valeur de réglage dans le sens riche, ce qui signifie que l'on inverse une intégration qui se déroulait éventuellement auparavant dans le sens pauvre. En même temps on met le temps de blocage t- blocage et on démarre une mesure concernant le déroulement de ce temps (séquence S3). C'est seulement quand le temps de blocage s'est écoulé, ce que l'on contrôle dans une sé- quence S4, que le processus revient à la séquence Si. Dans l'intervalle il n'y a pas de possibilités pour d'autres in- fluences sur la valeur de réglage en dehors de l'intégra- tion démarrée dans le sens riche. Si l'on détecte, lors de la séquence S2, qu'il y a un passage du régime pauvre au régime riche, on arrête l'intégration dans le sens riche, il n'y a pas de saut P, on met le temps de retard t_V et on démarre une mesure con- cernant son écoulement (séquence S5). Dès que le temps de retard s'est écoulé, ce que l'on surveille au cours d'une séquence S6, on vérifie dans une séquence S7 si la tension de la sonde se trouve encore dans le régime riche. Si c'est le cas, on vérifie (séquence S8) si la tension de la sonde se trouve, pendant le temps de retard, à plus de 60 % dans le régime pauvre. Si ce n'est pas le cas, on déclenche un saut P dans le sens pauvre (séquence S9). Ensuite, si on démarre l'intégration dans le sens pauvre (séquence S10), ce qui est aussi le cas directement après la séquence S7, quand on a constaté que la tension de la sonde a de nouveau changé dans le sens allant vers le mélange pauvre, ou quand on constate dans la séquence S8 que le mélange, pendant le temps de retard, était déjà de façon prépondérante dans le régime pauvre. Après la séquence S10 on revient à la sé- quence Si. Dans le cas de l'exemple de réalisation précédem- ment décrit, on a supposé qu'un mélange doit être réglé avec une composition légèrement décalée dans le sens riche par rapport à la valeur qui correspond directement à la va- leur de seuil du signal de mesure. Le temps de retard avant le démarrage de l'intégration dans le sens pauvre sert à ce décalage. Si inversement on devait exécuter un léger déca- lage dans le sens pauvre, on choisirait un temps de retard avant le déclenchement du saut P. En outre, on a supposé que la valeur de seuil correspond, pour la grandeur de mesure, à une composition stoechiométrique du mélange. La valeur de seuil peut toute- fois être choisie à volonté, en particulier elle peut ser- vir à faire fonctionner ce qu'on appelle un moteur pauvre dans la zone pauvre, vu dans l'absolu. Toutefois les croi- sements multiples mentionnés précédemment se produisent plus rarement entre la valeur de mesure actuelle et la va- leur de seuil à l'intérieur d'un court intervalle de temps, en particulier lors de l'utilisation d'une sonde de Nernst. Si par contre on utilise une sonde ayant une relation sen- siblement linéaire entre la composition du mélange et la valeur de mesure, la vraisemblance de croisements multiples de ce type est à peu près la même pour toutes les valeurs de seuil respectivement choisies. On doit attirer l'attention sur le fait qu'en- suite, quand le temps de blocage t-blocage (par exemple 400 ms) est plus long que le temps de retard t-V (par exem- ple 100 ms), il peut être judicieux, en fonction du type d'utilisation, de faire démarrer en même temps les deux temps (à la séquence S2 dans l'exemple de réalisation). Quand le temps de retard s'est écoulé on exécute alors le saut P (sous réserve que la condition de la séquence S8 ne il soit pas remplie) et on démarre l'intégration, mais toute- fois on ne laisse pas se produire une inversion du sens de l'intégration jusqu'à ce que le temps de blocage se soit écoulé. On doit en outre indiquer que le pourcentage uti- lisé lors du contrôle selon la séquence S8 peut être aussi inférieur à 50 %. Cela dépend des propriétés d'un système global composé de la préparation du mélange, du moteur et de la ligne d'échappement. Ce pourcentage débouche sur la quantité minimum de matières polluantes. REVEND I CATIONS 1) Régulateur de mélange pour mettre sur une va- leur prédéfinie la valeur de réglage délivré par un régula- teur à deux positions proportionnel et par intégration (PI) servant à régler les proportions d'air et de carburant du mélange fourni à un moteur à combustion interne, lequel ré- gulateur de mélange est constitué de telle façon qu'il: a) détecte la valeur actuelle du signal d'une sonde à oxy- gène disposée dans la ligne d'échappement du moteur à combustion interne, b) recherche si la valeur actuelle de mesure comparée à la valeur de mesure précédente a croisé une valeur de seuil dans le sens mélange riche ou dans le sens mé- lange pauvre, c) réalise les variations suivantes de la valeur de ré- glage quand il y a un croisement dans le sens pauvre: décalage de la valeur de réglage avec un grand pas, par un saut P, dans le sens riche et démarrage d'une inté- gration dans le sens pauvre après l'écoulement d'un temps de retard prédéfini et c') réalise les variations suivantes du facteur de régula- tion quand il y a un croisement dans le sens riche: arrêt de l'intégration de la valeur de réglage dans le sens riche et démarrage d'une intégration dans le sens pauvre après l'écoulement d'un temps de retard prédéfi- ni, et d) retour à la séquence b) après la séquence c) ou c'), régulateur de mélange caractérisé en ce qu'il est en outre constitué de telle façon qu'il attend à la sé- quence c) et/ou c') l'écoulement d'un temps de blocage, avant de revenir à la séquence b) quand il est à la sé- quence d). 2) Régulateur de mélange pour mettre sur une va- leur prédéfinie la valeur de réglage délivré par un régula- teur à deux positions proportionnel et intégrale (PI) servant à régler les proportions d'air et de carburant du mélange fourni à un moteur à combustion interne, lequel ré- gulateur de mélange est constitué de telle façon qu'il: a) détecte la valeur actuelle du signal d'une sonde à oxy- gène disposée dans la ligne d'échappement du moteur à combustion interne, b) recherche si la valeur actuelle de mesure comparée à la valeur de mesure précédente a croisé une valeur de seuil dans le sens de mélange riche ou dans le sens mé- lange pauvre, c) réalise les variations suivantes de la valeur de ré- glage quand il y a un croisement dans le sens pauvre: décalage de la valeur de réglage avec un grand pas, par un saut P, dans le sens de mélange riche et démarrage d'une intégration dans le sens de mélange pauvre après l'écoulement d'un temps de retard prédéfini et c') réalise les variations suivantes du facteur de régula- tion quand il y a un croisement dans le sens riche: arrêt de l'intégration de la valeur de réglage dans le sens riche et démarrage d'une intégration dans le sens pauvre après l'écoulement d'un temps de retard prédéfi- ni et d) retour à la séquence b) après la séquence c) ou c') régulateur de mélange caractérisé en ce qu'il est en outre constitué de telle façon qu'il n'exécute ensuite à la séquence c') aucun saut P dans le sens du mélange pauvre quand la valeur de mesure se trouve de nouveau dans le régime de mélange pauvre après l'écoulement du temps de retard. 3) Régulateur de mélange pour mettre sur une va- leur prédéfinie la valeur de réglage délivrée par un régu- lateur à deux positions proportionnel et intégrale (PI) servant à régler les proportions d'air et de carburant du mélange fourni à un moteur à combustion interne, lequel ré- gulateur de mélange est constitué de telle façon qu'il: a) détecte la valeur actuelle du signal d'une sonde à oxy- gène disposée dans la ligne d'échappement du moteur à combustion interne, b) recherche si la valeur actuelle de mesure comparée à la valeur de mesure précédente a croisé une valeur de seuil dans le sens mélange riche ou dans le sens mé- lange pauvre, c) réalise les variations suivantes de la valeur de ré- glage quand il y a un croisement dans le sens pauvre: décalage de la valeur de réglage avec un grand pas, par un saut P, dans le sens du mélange riche et démarrage d'une intégration dans le sens du mélange pauvre après l'écoulement d'un temps de retard prédéfini et c') réalise les variations suivantes du facteur de régula- tion quand il y a un croisement dans le sens du mélange riche: arrêt de l'intégration de la valeur de réglage dans le sens riche et démarrage d'une intégration dans le sens de mélange pauvre après l'écoulement d'un temps de retard prédéfini et d) retourne à la séquence b) après la séquence c) ou c') régulateur de mélange caractérisé en ce qu'il est en de ce outre constitué de telle façon qu'il n'exécute alors à la séquence c') pas de saut P dans le sens pauvre, bien que la valeur de la mesure se trouve dans le ré- gime de mélange riche après l'écoulement du temps de retard, quand la valeur de mesure pendant le temps de retard se trouve dans le régime de mélange pauvre au- delà qui correspond à un pourcentage prédéfini. 4) Régulateur de mélange selon la revendication 3, caractérisé en ce que le pourcentage est de 60 %. ) Régulateur de mélange selon l'une des revendi- cations précédentes caractérisé en ce qu'il est constitué de telle façon qu'il exécute, au lieu des fonctions indi- quées pour le cas de mélange pauvre, celles qui sont indi- quées pour le cas de mélange riche et inversement.