EP0175596B1 - Procédé adaptatif de régulation de l'injection d'un moteur à injection - Google Patents
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- EP0175596B1 EP0175596B1 EP85401363A EP85401363A EP0175596B1 EP 0175596 B1 EP0175596 B1 EP 0175596B1 EP 85401363 A EP85401363 A EP 85401363A EP 85401363 A EP85401363 A EP 85401363A EP 0175596 B1 EP0175596 B1 EP 0175596B1
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Definitions
- the invention relates to an adaptive method of regulating the injection of an injection engine, according to which the injection time (Ti) is permanently determined by conventional regulation as a function of the intake pressure (P) or of the air flow at the intake from a control line (D) defined by its slope (f) and its ordinate at the origin (b), apart from other possible corrections (c, c ' 7), and we periodically readjust, by successive adaptation cycles according to a determined period, the values of the slope (f) and the ordinate at the origin (b) of the regulation line as a function differences in possible wealth observed by an exhaust gas analysis probe, the pressure space being divided into a certain number (n) of zones to each of which corresponds a central value (P j ) of the pressure.
- the parameters on the control line are corrected as follows: if the inlet pressure P is less than a determined threshold, a correction is applied only to the ordinate at the origin of the line , while if the pressure value is greater than this threshold, a correction is applied only to the slope of the line.
- This process is therefore approximate. Indeed, if the current conditions are maintained, the recalculated line always ends up passing through the current operating point, but a local anomaly can distort the calculation of all the other points. In addition, this process only works with unit richness, while the problems of energy saving and pollution lead more and more to use wealth less than unity.
- the object of the invention is to eliminate the above drawbacks by carrying out an adaptive method of regulating injection, the adaptation of which is more precise in all its points and less sensitive to local anomalies, while accommodating n ' no matter what periodicity.
- FIG. 1 is a diagram of the control lines in the pressure / time space
- FIG. 2 represents the flow diagram of the process.
- the injection time T is permanently determined ; by a conventional regulation as a function of the intake pressure P, or even in certain cases, of the air flow at the intake measured by a flow meter, and from a regulation line which can be expressed by the equation: c, c '... being corrections according to measured parameters, such as water temperature, air temperature, etc. and f being the scale coefficient.
- the denominators 256 are arbitrary values preferably corresponding to the storage capacity of a byte so that the low correction values are reduced to integer values.
- the values f and b can be considered as representing respectively the slope and the ordinate at the origin of the control line, without taking into account the other corrections.
- the values of f and b are readjusted periodically as a function of the differences in richness observed by an exhaust gas analysis probe. It can be a Lambda zirconium oxide probe sensitive to an excess of oxygen, or any other probe or analysis method.
- the signal from the probe immediately indicates whether the richness should be increased or reduced , i.e. the injection time.
- the engine operates with a constant or variable richness depending on the circumstances but less than unity, for example 0.8, as it is. more and more frequently the use according to European standards in order to reduce consumption and pollution, the value of the correction is a little more complex to establish.
- overinjection process described in the aforementioned French patent, which consists, with each adaptation cycle, of gradually increasing the injection time until the analysis probe switches, then to quickly return to the previous wealth. If for example the richness is fixed at 0.8, it suffices, from the current injection time, to increase it by 25% to theoretically obtain this changeover. If this changeover takes place sooner or later, a simple rule of three gives the value of the correction to be made.
- the theoretical operating point M is thus determined from point A with the same abscissa on the current operating line D by a corrective term a such that the ordinate of N is equal to the ordinate of A multiplied by (1 + ⁇ ).
- the known method of over-injection also includes measures to prevent the incursion into higher wealth, although brief, from introducing a jerk into the operation of the vehicle, and this by temporarily altering the ignition advance of proportionately.
- Each adaptation cycle therefore determines a theoretical operating point M at the abscissa P corresponding to the current inlet pressure. If this point M is on the regulation line D, of course there is no correction to be made. If, on the contrary, the point is outside the line, it may be necessary to correct it.
- a medium pressure threshold is determined, and if the current pressure P is less than this threshold, only the ordinate is corrected at l origin b of the line D without modifying the slope f of this line so that it progressively passes through the theoretical point M, whereas on the contrary, if this pressure is greater than the threshold, only the slope f is corrected without modifying the ordinate at the origin b so that this straight line progressively passes through the new point M.
- This process is therefore simple but not very precise and is very sensitive to possible local anomalies.
- the space of pressures P is divided into a certain number n of zones, for example four in the example of FIG. 1, and for each zone of rank j the average pressure P j is defined corresponding to the abscissa of the center of the zone.
- the ideal initial regulation line D o is determined , the parameters f o and b o of which are loaded into read-only memories.
- the parameters f and b of the current regulation line D are loaded into random access memories and contain the values resulting from the previous use. Failing this, that is to say in the event of erasing the RAMs, they are loaded with the values f o and b o .
- the adaptation cycles follow one another, which can be relatively short (a fraction of a second) if unit richness is used, and which have an interest in being more spaced apart, for example 10 minutes, if one uses a richness lower than the unit and the method of overinjection for the reason indicated above.
- the current intake pressure P is measured and the number j of the zone in which this pressure P is found is determined. For this, we usually operates digitally and just perform a full division or rounding.
- ⁇ j For the value of j calculated at the start of the cycle, the value indicated in FIG. 2 is calculated and assigned to the memory ⁇ j , value which results from a purely linear expression as a function of ⁇ , since 1 / f o and 1 / f o Pj are constants, as well as b o , while f and b are the current values in RAM of the parameters of the regulation line D.
- This purely linear calculation is therefore quick and easy. Of course, it affects only the ⁇ j, while the other ⁇ i , for i different from j remain at their former value.
- the regulation of the injection time continues with the new values of the parameters f and b of the regulation line, while independently the adaptation cycle continues with a waiting loop for the fixed period before starting again at the beginning of the cycle.
- the calculator uses only a few variables: P, j, a, f, b, ⁇ i (n values) and few constants: 1 / f o , 1 / f o P j , b o , k i (n values), k '(n values), richness, periodicity.
- the calculations are extremely simple, since they are all linear and with a small number of terms, and nevertheless precise enough to ensure rapid convergence possibly accommodating a high cycle period.
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Description
- L'invention concerne un procédé adaptatif de régulation de l'injection d'un moteur à injection, selon lequel on détermine en permanence le temps d'injection (Ti) par une régulation classique en fonction de la pression d'admission (P) ou du débit d'air à l'admission à partir d'une droite de régulation (D) définie par sa pente (f) et son ordonnée à l'origine (b), abstraction faite d'autres corrections éventuelles (c, c'...), et l'on réajuste périodiquement, par cycles d'adaptation successifs selon une période déterminée, les valeurs de la pente (f) et de l'ordonnée à l'origine (b) de la droite de régulation en fonction des écarts de richesses éventuels constatés par une sonde d'analyse des gaz d'échappement, l'espace des pressions étant divisé en un certain nombre (n) de zones à chacune desquelles correspond une valeur centrale (Pj) de la pression.
- Il est connu de déterminer en permanence le temps d'injection par une régulation classique en fonction de la pression dans le collecteur d'admission, ou encore du débit d'air à l'admission, à partir d'une droite de régulation définie par sa pente et son ordonnée à l'origine dans le diagramme des temps d'injection en fonction des pressions. Ces valeurs sont calculées au plus juste pendant la période de mise au point du moteur ; mais il est connu qu'elles varient aléatoirement au cours du temps en fonction de paramètres divers, par exemple le colmatage du filtre à air qui réduit le débit d'air pour une même pression. Il est donc nécessaire pour une régulation précise de réajuster périodiquement les paramètres de cette droite de régulation.
- Pour cela, il existe un procédé, dit « procédé américain », décrit notamment dans l'article « A Closed-Loop A/F Control Model for Internai Combustion Engines » de Douglas R. HAMBOURG et Michael A. SHULMAN, publié en 1980 par la « Society of Automotive Engineers, Inc. » Ce procédé consiste à utiliser une sonde dite « sonde Lambda d'analyse des gaz d'échappement qui donne un signal qui varie lorsque fon a un défaut d'oxygène dans les gaz d'échappement, ce qui témoigne d'une richesse franchissant la valeur 1 correspondant au mélange stoechiométrique. Lorsque cela se produit, on corrige les paramètres à la droite de régulation de la manière suivante : si la pression P à l'admission est inférieure à un seuil déterminé, on applique une correction seulement sur l'ordonnée à l'origine de la droite, tandis que si la valeur de la pression est supérieure à ce seuil, on applique une correction uniquement sur la pente de la droite. Ce procédé est donc approximatif. En effet, si les conditions actuelles se maintiennent, la droite recalculée finit toujours par passer par le point de fonctionnement actuel, mais une anomalie locale peut fausser la calcul de tous les autres points. En outre, ce procédé ne fonctionne qu'avec une richesse unité, alors que les problèmes d'économie d'énergie et de pollution conduisent de plus en plus à utiliser des richesses inférieures à l'unité.
- On connaît par ailleurs le procédé dit « de surinjection », décrit dans la demande de brevet français 8317538 au nom de la demanderesse, et qui consiste, lorsque l'injection est régulée à une richesse inférieure à l'unité, à effectuer périodiquement une augmentation progressive de la richesse jusqu'à ce que l'on obtienne le déclenchement de la sonde d'analyse des gaz, puis à revenir à la richesse initiale en conservant la valeur de l'augmentation relative du temps d'injection qui a été ainsi nécessaire, laquelle, comparée à l'augmentation théorique résultant de la richesse voulue, donne la correction nécessaire. La demande de brevet susvisée indique comment on peut éviter les à-coups résultants de cette incursion momentanée en richesse par action sur l'avance à l'allumage. Toutefois, ces surinjections doivent être suffisamment espacées dans le temps, avec une période par exemple de 10 minutes.
- On pourrait naturellement en fonction de cet état de la technique envisager d'utiliser le procédé américain, même avec une richesse inférieure à 1, en le combinant avec le procédé de surinjection. Cependant, dans ce cas, le manque de précision de ce procédé américain serait encore accrû par l'augmentation importante de la période de réajustement due au procédé de surinjection.
- Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients précédents en réalisant un procédé adaptatif de régulation de l'injection dont l'adaptation soit plus précise en tous ses points et moins sensibles aux anomalies locales, tout en s'accommodant de n'importe quelle périodicité.
- L'invention est caractérisée par le fait qu'à chaque cycle d'adaptation d'une période fixée, après avoir déterminé un point théorique (M) de fonctionnement du moteur, d'abscisse (P) correspondant à la pression d'admission actuelle mesurée, ainsi que le numéro de zone correspondant (j), on effectue successivement les opérations suivantes :
- - en fonction des indications de la sonde et de la richesse désirée, on détermine le facteur correctif (1 + a) par rapport à la droite de régulation actuelle (D) ; en confondant la valeur mesurée (P) de la pression d'admission avec la valeur la plus voisine (Pj) du centre de la zone dans laquelle se trouve (P).
- - on calcule et on attribue individuellement pour chaque zone un facteur correctif (βj), par rapport à une droite initiale (Do, fo, bo) définie en mémoire morte, par un calcul purement linéaire en fonction du facteur correctif (1 + α) défini précédemment, et en fonction des paramètres (f, b) de la droite actuelle, tel que
- - en fonction des diverses valeurs (βi) en mémoire vive de ce dernier paramètre correctif, on calcule et on attribue de nouvelles valeurs des paramètres (f, b) de la droite de régulation (D) par des formules purement linéaires telles que :
- - les coefficients de pondération (ki, k';), utilisés pour le calcul des paramètres (f, b) de la droite de régulation au cours de chaque cycle d'adaptation, étant déterminés de manière que cette droite passe le plus près possible de tous les points théoriques (M) de fonctionnement définis à chaque cycle d'adaptation.
- D'autres particularités apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 est un diagramme des droites de régulation dans l'espace pression/temps, et
- la figure 2 représente l'organigramme du procédé.
- Tant que le moteur fonctionne, et a un régime supérieur à celui du ralenti, on détermine en permanence le temps d'injection T; par une régulation classique en fonction de la pression d'admission P, ou encore dans certains cas, du débit d'air à l'admission mesuré par un débitmètre, et à partir d'une droite de régulation que l'on peut exprimer par l'équation :
- En outre, et c'est en cela que le procédé de régulation est adaptatif, on réajuste périodiquement les valeurs de f et b en fonction des écarts de richesse constatés par une sonde d'analyse des gaz d'échappement. Il peut s'agir d'une sonde dite Lambda à l'oxyde de zirconium sensible à un excès d'oxygène, ou de toute autre sonde ou procédé d'analyse.
- Si le moteur fonctionne avec une richesse unité, c'est-à-dire en mélange stoechiométrique, selon les normes les plus fréquentes en usage aux Etats-Unis, le signal de la sonde indique immédiatement si l'on doit augmenter ou réduire la richesse, c'est-à-dire le temps d'injection.
- Si au contraire, le moteur fonctionne avec une richesse constante ou variable selon les circonstances mais inférieure à l'unité, par exemple de 0.8, comme c'est de. plus en plùs fréquemment l'usage selon les normes européennes afin de réduire la consommation et la pollution, la valeur de la correction est un peu plus complexe à établir. On peut en particulier utiliser le procédé dit de surinjection, décrit dans le brevet français susvisé, et qui consiste, à chaque cycle d'adaptation, à accroître progressivement le temps d'injection jusqu'à ce que la sonde d'analyse bascule, puis à revenir rapidement à la richesse précédente. Si par exemple la richesse est fixée à 0.8, il suffit, à partir du temps d'injection actuel, de l'augmenter de 25 % pour obtenir théoriquement ce basculement. Si ce basculement a lieu plus tôt ou plus tard, une simple règle de trois donne la valeur de la correction à apporter.
- Sur le diagramme de la figure 1, le point théorique de fonctionnement M est ainsi déterminé à partir du point A de même abscisse sur la droite de fonctionnement actuelle D par un terme correctif a tel que l'ordonnée de N soit égale à l'ordonnée de A multipliée par (1 + α). Le procédé connu de surinjection comprend en outre des mesures pour éviter que l'incursion en richesses supérieures, bien que brève, n'introduise un à-coup dans le fonctionnement du véhicule, et ce en altérant momentanément l'avance à l'allumage de façon proportionnée.
- Chaque cycle d'adaptation détermine donc un point théorique M de fonctionnement à l'abscisse P correspondant à la pression actuelle de l'admission. Si ce point M est sur la droite de régulation D, naturellement il n'y a aucune correction à apporter. Si au contraire le point est en dehors de la droite, il peut être nécessaire de corriger celle-ci.
- Pour cela, selon l'état de la technique, et en particulier selon le procédé américain indiqué plus haut, on détermine un seuil de pression moyenne, et si la pression actuelle P est inférieure à ce seuil, on corrige uniquement l'ordonnée à l'origine b de la droite D sans modifier la pente f de cette droite de manière qu'elle passe progressivement par le point théorique M, alors qu'au contraire, si cette pression est supérieure au seuil, on corrige uniquement la pente f sans modifier l'ordonnée à l'origine b de manière que cette droite passe progressivement par le nouveau point M. Ce procédé est donc simple mais peu précis et est très sensible aux anomalies locales possibles.
- Au contraire, selon l'invention, on divise l'espace des pressions P en un certain nombre n de zones, par exemple quatre dans l'exemple de la figure 1, et pour chaque zone de rang j on définit la pression moyenne Pj correspondant à l'abscisse du centre de la zone.
- Lors de la mise au point du moteur, on détermine la droite de régulation initiale idéale Do, dont les paramètres fo et bo sont chargés en mémoires mortes. Au contraire, les paramètres f et b de la droite de régulation actuelle D sont chargés en mémoires vives et contiennent les valeurs résultant de l'utilisation antérieure. A défaut, c'est-à-dire en cas d'effacement des mémoires vives, celles-ci sont chargées avec les valeurs fo et bo.
- Les cycles d'adaptation se succèdent à une période qui peut être relativement courte (une fraction de secondes) si l'on utilise la richesse unité, et qui ont intérêt à être plus espacés, par exemple de 10 minutes, si l'on utilise une richesse inférieure à l'unité et le procédé de surinjection pour la raison indiquée plus haut.
- A chaque nouveau cycle d'adaptation, illustré par l'organigramme de la figure 2, on mesure la pression d'admission actuelle P et l'on détermine le numéro j de la zone dans laquelle se trouve cette pression P. Pour cela, on opère habituellement par voie numérique et il suffit d'effectuer une division entière ou un arrondi.
- Ayant déterminé j, on procède à l'analyse du signal de la sonde et au calcul du terme correctif 1 + α par rapport à la droite de régulation actuelle D. Ceci implique en particulier, dans le cas d'utilisation d'une richesse inférieure à l'unité, l'application du procédé de surinjection dans son ensemble. C'est en effet à partir du point A que l'on opère l'incursion en richesses jusqu'au point M et retour au point A, le rapport des ordonnées de M et de A, comparé à la richesse fixée, permettant de déterminer directement 1 + a. Ces calculs sont effectués en confondant la valeur P de la pression avec la valeur la plus voisine, par exemple P2 dans l'exemple de la figure 1 si j = 2.
- On dispose par ailleurs de n mémoires vives contenant diverses valeurs de βj, j variant de 1 à n, les coefficients β étant définis comme les coefficients a mais à partir de la droite de régulation initiale Do. En d'autres termes, on passe du point B sur cette droite au point M en multipliant les ordonnées par le facteur 1 + β.
- Pour la valeur de j calculée en début de cycle, on calcule et on attribue à la mémoire βj la valeur indiquée sur la figure 2,
-
- Ces 2n constantes kj et k' sont naturellement contenues en mémoires mortes et sont déterminées, expérimentalement ou par le calcul, de telle manière que la nouvelle droite D ainsi déterminée passe le plus près possible de tous les points tels que M précédemment calculés.
- La régulation du temps d'injection se poursuit avec les nouvelles valeurs des paramètres f et b de la droite de régulation, tandis qu'indépendamment le cycle d'adaptation se poursuit par une boucle d'attente de la période fixée avant de recommencer au début du cycle.
- Au cours du fonctionnement du moteur, la pression d'admission P varie naturellement et passe plus ou moins fréquemment par toutes les valeurs de l'espace prévu, ce qui permet d'actualiser successive- . ment et périodiquement les divers points correspondant aux diverses zones. Mais il est clair que chaque cycle d'adaptation tient compte non seulement du point de fonctionnement M de la zone j considérée, mais également de tous les autres points calculés précédemment, c'est-à-dire de l'historique qui précède. En particulier, chaque nouvelle droite D ne passe en général pas par tous les points mais atténue par conséquent l'influence des anomalies locales éventuelles.
- Le calculateur n'utilise que peu de variables : P, j, a, f, b, βi (n valeurs) et peu de constantes : 1/fo, 1/foPj, bo, ki (n valeurs), k' (n valeurs), richesse, périodicité. De plus, les calculs sont extrêmement simples, puisque tous linéaires et à petit nombre de termes, et néanmoins assez précis pour assurer une convergence rapide s'accommodant éventuellement d'une période de cycle élevée.
- Naturellement, le procédé s'applique indifféremment au mélange stoechiométrique ou aux richesses différentes de l'unité, même variables comme on l'a vu, et il est toujours possible de lui adjoindre une pondération supplémentaire en n'effectuant chaque fois qu'une fraction des corrections calculées, ou encore en augmentant les coefficients que d'une unité à la fois dans le sens calculé, et ceci d'une manière connue. Ainsi, entre deux cycles d'adaptation au cours desquels on a déterminé les numéros (n et n + 1) respectivement des zones où se trouve la pression d'admission P mesurée, on peut faire varier les paramètres f et b de la droite de régulation D suivant une courbe de type passe-bas :
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