EP1036269B1 - Procede de controle de l'injection d'un moteur a combustion interne - Google Patents
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- EP1036269B1 EP1036269B1 EP98958328A EP98958328A EP1036269B1 EP 1036269 B1 EP1036269 B1 EP 1036269B1 EP 98958328 A EP98958328 A EP 98958328A EP 98958328 A EP98958328 A EP 98958328A EP 1036269 B1 EP1036269 B1 EP 1036269B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
- F02D41/1441—Plural sensors
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- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1477—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation circuit or part of it,(e.g. comparator, PI regulator, output)
- F02D41/148—Using a plurality of comparators
Definitions
- the invention relates to internal combustion engines of the injection connected to at least one catalytic converter and, more particularly a method of controlling the injection of such an engine.
- double wealth loop which are based on information provided by two "lambda” probes, respectively located upstream and downstream of the catalytic converters.
- the upstream probe, and its associated correction, called the loop upstream allow rapid reaction to wealth excursions, on the single loop model.
- the downstream probe provides more information filtered but more precise and more representative of the catalytic efficiency.
- the voltage it delivers is therefore used to construct a correction slow, superimposing on the correction induced by the upstream probe, and thus allowing to bias the average richness of regulation of the loop upstream.
- double wealth loop mentioned above is able to support this richness correction, and to reduce the quantity of oxygen stored in the desired level.
- the invention aims to remedy these drawbacks.
- An object of the invention is to provide a richness correction important, especially during injection cut-off returns or enrichment at full load.
- the invention also aims to arrive as soon as possible after entry into wealth regulation to a stabilized situation "with regard to catalytic converter "and the various corrective terms for the quantity injected. This can thus make it possible to implement different strategies of diagnostic of the catalytic converter or oxygen sensors.
- the invention therefore provides a method of controlling injection an internal combustion engine connected to at least one exhaust catalytic, in which we place a first nonlinear probe in upstream of the catalytic converter capable of delivering a representative measurement signal the proportion of one of the engine exhaust components at the inlet of the catalytic converter, and a second nonlinear probe downstream of the catalytic converter capable of delivering a second representative measurement signal the proportion of one of the engine exhaust components at the outlet of the catalytic converter. A corrective value is then determined at from the two measurement signals so as to correct the amount of fuel injected.
- the first measurement signal to a first predetermined reference signal corresponding to a richness of the mixture present in the combustion substantially equal to 1, so as to define for this first probe "rich” or “poor” states. So the first probe will be in its “rich” state if the value of the first measurement signal is greater than first reference signal and in its “poor” state otherwise.
- the second measurement signal is also compared to a high threshold. predetermined and at a predetermined low threshold, these two thresholds defining for said mixture a wealth range close to 1.
- the second three-state probe namely a so-called “rich” state (second measurement signal higher than the high threshold), a state called “poor” (second measurement signal below the low threshold) and a state called “stoichiometric” (measurement signal between the low and high thresholds).
- an essential feature of the invention is to give greater importance to the information delivered by the downstream probe.
- the pot catalytic in return for an injection cut, for example, the pot catalytic will be saturated with oxygen.
- the voltage delivered by the downstream probe will be low corresponding to a fuel-poor mixture.
- the upstream probe also provides a signal indicative of a poor mixture, the wealth loop will enrich naturally, using a correction, for example of the proportional-integral type, to from the signal delivered by the upstream probe.
- the upstream probe is representative of a rich mixture, we will still continue to enrich, using a correction, for example of the proportional type integral, from the signal delivered by the downstream probe until sufficient oxygen has been "destocked" from the catalyst and the voltage of the downstream probe is raised to the threshold marking the lower limit of the stoichiometric domain. Only then a double loop of wealth will be set in motion thus avoiding the excesses and instabilities of a double wealth loop described in the prior art.
- the correction from the downstream probe alone results in a deliberate distance from the stoichiometric operating conditions of the engine.
- a transition from the poor state to the stoichiometric state corresponds for example a return after a long injection cut-off.
- the correction phase using the first measurement signal we determines said corrective value with first means of correction of the proportional-integral type having a first gain proportional and a first integral gain.
- the said measurement is determined corrective value with second means of the proportional-integral type having a second proportional gain and a second gain integral.
- said corrective value with the first means of correction and third means of correction of the proportional-integral type having a third proportional gain and a third gain integral and receiving as input the difference between the second signal of measurement and a setpoint signal depending on the operating point of the engine.
- This third correction includes for example the addition at the first proportional term of the first correction means, from corrective term (offset) issued by the third correction means.
- the full term of the third correction means is advantageously reset to zero each time one leaves a phase of correction using the first measurement signal, which allows resetting to zero the value of the offset.
- first and second winnings proportional equal are generally gains that have already been proven in terms of driving and comfort for the vehicle user. Choosing second wins equal to the first avoids a additional calibration.
- a second zero integral gain can be chosen. This allows in particular to limit the excursion on the corrective value of the quantity of fuel injected, in particular when the downstream probe (second probe) is in its poor state and the upstream probe (first probe) is in its rich state.
- an integral amplitude is calculated at each current instant current equal to the product of the second integral gain by the current duration separating said current instant and the start instant of this phase of correction.
- the current integral amplitude reaches the minimum value or the value maximum, we freeze the value of this integral amplitude to the value thus reached, i.e. at the minimum or maximum value.
- the value of the integral amplitude is then subtracted from the corrective value of the quantity of fuel injected, previously determined.
- the reference CLC generally designates an electronic computer on board the vehicle and commander the quantity QY of fuel to be injected into the engine MOT.
- Gas of this engine are filtered by a type exhaust CAT catalytic, from which they escape towards the open air.
- a first SD1 probe (upstream probe) is located at the inlet of the catalytic converter and measures the content of one of the main components of gases exhaust, this component usually being oxygen.
- This probe is of the non-linear type and is often called by those skilled in the art a "lambda" probe or EGO probe.
- a second SD2 probe (downstream probe) similar to the first probe, is placed at the outlet of the catalytic converter and also measures the content of one of the main components of the exhaust gas, usually oxygen.
- the CLC computer has loop control means open MCBO, of realization known per se, determining the quantity of fuel to inject depending on the engine operating point (Rg regime and Ch load). At this quantity supplied by the means in open loop MCBO, multiplies a corrective value KCL delivered by a richness loop using the two measurement signals V1 and V2 delivered by the two probes SD1 and SD2. As we will see in more detail below, this wealth loop is in fact made up here of three loops B1, B2 and B3 feedback.
- the means of control in open loop, as well as the whole means of the CLC computer illustrated in FIG. 1, are for example performed in software using this computer.
- the upstream sensor SD1 delivers a first measurement signal electric V1 (voltage across its terminals) which is applied to a circuit comparator CMP1 in which the signal V1 is compared to a voltage Vb which depends on the characteristics of the probe and corresponds to the voltage of tilting of the probe when the stoichiometric conditions are met.
- This tilting voltage Vb is typically of the order of 450 mV.
- the downstream probe SD2 delivers a second signal from measure V2 which is compared in a second comparator circuit CMP2 at a high threshold VS2 and at a low threshold VS1, these two thresholds being located on either side of the tilting voltage of this downstream probe, typically equal to 600 mV.
- the downstream probe When the voltage V2 is above the threshold high VS2, the downstream probe is said to be in a rich state while when the voltage V2 is below the low threshold VS1, the downstream probe is said in a poor state.
- the probe is then in a third state called stoichiometric (figure 3).
- the value of the high threshold VS2 is for example taken at 750 mV while the value of the low threshold VS1 is equal for example to 350 mV or to 150 mV depending on the direction of flow of the downstream probe between its lean state and its stoichiometric state.
- a rich state means that the gas mixture at the probe is rich (respectively lean) in fuel.
- the first feedback loop B1 (upstream loop) conventionally comprises first correction means COR1 of the proportional-integral type, of realization known per se. These means COR1 have a proportional gain Kp1 and an integral gain Ki1.
- comparator CMP1 delivers to the input of the means COR1 a first binary signal SGN1 having the values 1 or -1 in function of the position of the voltage V1 with respect to the switching voltage Vb.
- the output of the first COR1 correction means deliver a first correction signal KCL1.
- this third loop B3 When this third loop B3 is activated, it forms with the upstream loop B1 a double wealth loop.
- a second wealth loop B2, or downstream loop, is formed of the CMP2 comparator circuit and of second correction means COR2 of the proportional-integral type having a proportional gain Kp2 and an integral gain Ki2.
- These second COR2 correction means receive as input the signal SGN2 output from the CMP2 comparator.
- This signal SGN2 takes for example respectively the values + 1.0 and - 1 depending on whether the downstream probe SD2 is in its state rich, stoichiometric, or poor.
- the CLC computer also includes control means MCC receiving as input the comparators CMP1 and CMP2 and outputting two command signals SC1 and SC2 commanding respectively two switches I1 and I2 so as to activate selectively the different loops which have just been mentioned.
- the SD2 downstream probe when the SD2 downstream probe is in its stoichiometric state, we activate then the double loop B1 and B3.
- the corrective value KCL of injected fuel is then corrected from the two signals V1 and V2 delivered by the two probes, and using a corrector proportional-integral with integral gain Ki1 and equal proportional term the sum of the proportional gain + Kp1 or - Kp1 and the OFS offset.
- loop B2 is activated and switches to Kp2 and Ki2 gains. It is assumed in this example that the two proportional gains Kp1 and Kp2 are equal. This is the reason for no jump to the KCL signal during switching.
- the corrective value KCL keeps a constant value until the downstream probe goes into the stoichiometric state. At this time, the corrective value KCL undergoes an amplitude jump - Ks equal to - 2Kp 1 - BM.
- the double loop B1 and B3 is then activated which has for consequence at first, taking into account that the probe upstream is still in its rich state, leading to a linear evolution of the corrected value KCL with a slope equal to - Ki1, then when the upstream probe goes into lean state, at a jump equal to 2 (Kp1 + OFS) followed of a linear evolution of slope + Ki1.
- An advantageous variant of the invention makes it possible to ensure that the engine works well at stochiometry before triggering a correction using the B2 loop which causes a voluntary removal compared to this stoichiometry.
- the correction phase using only the second measurement signal V2 is only authorized if at least one transition of the first measurement signal V1, namely a transition from the state rich in a poor state or vice versa, took place beforehand, that is to say between the moment of entering wealth and the present moment. If this this is not the case, the correction of loop B1 is applied by default using only the first measurement signal V1.
- having recorded at least one transition of the upstream probe ensures that the engine works well at stoichiometry, and that the voluntary removal caused by the correction of the downstream probe does not start from too rich or too poor a state of the mixture in the combustion chamber.
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Description
L'invention concerne les moteurs à combustion interne du type à
injection reliés à au moins un pot d'échappement catalytique et, plus
particulièrement un procédé de contrôle de l'injection d'un tel moteur.
Il est connu d'utiliser des systèmes pour modifier la quantité de
carburant qui est injectée dans un moteur en fonction de la composition
des gaz d'échappement et, plus particulièrement, de la teneur en oxygène
de ces gaz. A cet effet, la teneur en oxygène est mesurée à l'aide d'une
sonde non linéaire, connue en soi, dite "sonde lambda" ou sonde EGO,
EGO étant la dénomination anglaise pour "Exhaust Gas Oxygen". Une
telle sonde est disposée en amont du pot d'échappement catalytique qui
traite les gaz d'échappement et le signal fourni par cette sonde sert à
modifier la quantité de carburant qui est injectée dans les cylindres du
moteur par l'intermédiaire d'au moins une boucle de contre-réaction.
Les stratégies dites de "simple boucle de richesse"sont basées
sur l'information "riche" ou "pauvre" délivrée par une "sonde lambda"
unique placée en amont du ou des pots catalytiques. Cette boucle utilise
généralement un circuit correcteur du type proportionnel-intégral,
éventuellement corrigé par une dissymétrisation du terme proportionnel
entre les sauts "riche-pauvre" et les sauts "pauvre-riche".
On peut également envisager des stratégies dites de "double
boucle de richesse", qui sont basées sur l'information délivrées par deux
sondes" lambda", respectivement placées en amont et en aval du ou des
pots catalytiques. La sonde amont, et sa correction associée, dite boucle
amont, permettent de réagir rapidement aux excursions de richesse, sur le
modèle de la simple boucle. La sonde aval fournit une information plus
filtrée mais plus précise et plus représentative de l'efficacité catalytique.
La tension qu'elle délivre est donc utilisée pour construire une correction
lente, venant se superposer à la correction induite par la sonde amont, et
permettant ainsi de biaiser la richesse moyenne de régulation de la boucle
amont.
La demande de brevet français n° 2 740176 décrit un mode de
réalisation d'une telle boucle de richesse.
D'une façon générale, l'efficacité catalytique optimale pour tous
les polluants ne peut être assurée que lorsque la quantité d'oxygène
stockée dans le pot catalytique a atteint un état d'équilibre. On peut agir
sur cette quantité stockée en augmentant ou en diminuant la richesse des
gaz entrant dans le pot catalytique. La sonde aval permet d'indiquer si cet
état d'équilibre a été atteint, ou dans le cas contraire s'il faut enrichir ou
appauvrir le mélange dans la chambre de combustion.
Lorsque la correction de richesse nécessaire est faible, la double
boucle de richesse évoquée ci-avant est capable de prendre en charge cette
correction de richesse, et de ramener la quantité d'oxygène stockée au
niveau désiré.
Par contre, lorsque la quantité d'oxygène stockée dans la
catalyseur est trop éloignée de la quantité d'équilibre, et que la correction
de richesse alors nécessaire est trop importante, la double boucle de
richesse du type de celui connu actuellement, n'a pas "l'autorité
suffisante" pour appliquer rapidement cette correction de richesse. En
effet, cette double boucle de richesse n'est qu'une correction lente,
permettant de modifier la richesse moyenne de la régulation de la richesse
amont, qui en tout état de cause reste proche de la stoechiométrie. Lors de
telles situations "transitoires" au regard du catalyseur, cette simple
correction fine de la boucle amont ne suffit plus. Elle est alors
insuffisamment efficace et est sujette en outre à des" dérives" de son terme
intégral, qui peuvent être suivis d'instabilités dans le contrôle de la
richesse.
L'invention vise à remédier à ces inconvénients.
Un but de l'invention est d'assurer une correction de richesse
importante, en particulier lors des retours de coupure d'injection ou
d'enrichissement en pleine charge.
L'invention a également pour but d'arriver au plus vite après
l'entrée en régulation de richesse à une situation stabilisée "au regard du
pot catalytique" et des différents termes correctifs de la quantité injectée.
Ceci peut ainsi permettre de mettre en oeuvre différentes stratégies de
diagnostic du pot catalytique ou des sondes à oxygène.
L'invention propose donc un procédé de contrôle de l'injection
d'un moteur à combustion interne relié à au moins un pot d'échappement
catalytique, dans lequel on place une première sonde non linéaire en
amont du pot catalytique apte à délivrer un signal de mesure représentatif
de la proportion de l'un des composants des gaz d'échappement du moteur
à l'entrée du pot catalytique, et une deuxième sonde non linéaire en aval du
pot catalytique apte à délivrer un deuxième signal de mesure représentatif
de la proportion de l'un des composants des gaz d'échappement du moteur
à la sortie du pot catalytique. On détermine alors une valeur corrective à
partir des deux signaux de mesure de façon à corriger la quantité de
carburant injectée.
Selon une caractéristique générale de l'invention, on compare le
premier signal de mesure à un premier signal de référence prédéterminée
correspondant à une richesse du mélange présent dans la chambre de
combustion sensiblement égal à 1, de façon à définir pour cette première
sonde des états "riche" ou "pauvre". Ainsi, la première sonde sera dans son
état "riche" si la valeur du premier signal de mesure est supérieure au
premier signal de référence et dans son état "pauvre" dans le cas contraire.
On compare par ailleurs le deuxième signal de mesure à un seuil haut
prédéterminé et à un seuil bas prédéterminé, ces deux seuils définissant
pour ledit mélange une plage de richesses voisines de 1. On définit alors
pour la deuxième sonde trois états, à savoir un état dit "riche" (deuxième
signal de mesure supérieur au seuil haut), un état dit "pauvre" (deuxième
signal de mesure inférieur au seuil bas) et un état dit "stoechiométrique"
(signal de mesure compris entre les seuils bas et haut).
Lorsque la deuxième sonde est dans un état stoechiométrique, on
détermine ladite valeur corrective en utilisant les deux signaux de mesure.
Lorsque les deux sondes sont toutes les deux soit dans l'état riche soit dans
l'état pauvre, on détermine ladite valeur corrective en utilisant
uniquement le premier signal de mesure. Et lorsque les deux sondes sont
respectivement dans les états riche et pauvre ou inversement, on
détermine ladite valeur corrective en utilisant uniquement le deuxième
signal de mesure c'est-à-dire uniquement la deuxième sonde de mesure ou
sonde aval.
En d'autres termes, une caractéristique essentielle de l'invention
consiste à donner une plus grande importance à l'information délivrée par
la sonde aval.
Ainsi, en retour de coupure d'injection par exemple, le pot
catalytique sera saturé en oxygène. La tension délivrée par la sonde aval
sera faible correspondant à un mélange pauvre en carburant. Dans ces
conditions, si la sonde amont fournit également un signal indicatif d'un
mélange pauvre, la boucle de richesse enrichira de façon naturelle, en
utilisant une correction, par exemple du type proportionnel-intégral, à
partir du signal délivré par la sonde amont. En revanche, si la sonde amont
est représentative d'un mélange riche, on continuera tout de même à
enrichir, en utilisant une correction, par exemple du type proportionnel
intégral, à partir du signal délivré par la sonde aval jusqu'à ce que
suffisamment d'oxygène ait été "déstocké" du catalyseur et que la tension
de la sonde aval soit remontée jusqu'au seuil marquant la limite basse du
domaine stoechiométrique. Alors seulement, une double boucle de
richesse sera mise en route évitant ainsi les dérives et les instabilités d'une
double boucle de richesse décrite dans l'art antérieur.
En d'autres termes, selon l'invention, la correction à partir de la
sonde aval seule se traduit par un éloignement volontaire par rapport aux
conditions stoechiométriques de fonctionnement du moteur.
Il est particulièrement avantageux de sélectionner des seuils bas
différents en fonction du sens de passage de la deuxième sonde entre l'état
stoechiométrique et l'état pauvre. Ainsi, en pratique, on choisira un seuil
bas plus élevé pour un passage de l'état pauvre à l'état stoechiométrique et
un seuil bas moins élevé pour un passage de l'état stoechiométrique à l'état
pauvre. Le choix d'un seuil bas de valeur plus faible (par exemple 150 mV)
pour un passage de l'état stoechiométrique à l'état pauvre, qui est moins
fréquent que le passage en sens inverse, rend la boucle de richesse moins
sensible aux instabilités temporaires.
Un passage de l'état pauvre à l'état stoechiométrique correspond
par exemple à un retour après une coupure d'injection longue. Le fait de
choisir un seuil bas de valeur plus élevée, par exemple 350 mV, permet de
revenir beaucoup plus rapidement au niveau de consigne.
De même, il est particulièrement avantageux de choisir des
seuils hauts différents en fonction du sens de passage de la deuxième
sonde entre l'état stoechiométrique et l'état riche. On choisira ainsi
avantageusement un seuil haut de l'ordre de 750 mV pour un passage de
l'état riche à l'état stoechiométrique qui correspond notamment à un retour
d'enrichissement en pleine charge.
Selon un mode de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention,
dans la phase de correction utilisant le premier signal de mesure, on
détermine ladite valeur corrective avec des premiers moyens de
correction du type proportionnel-intégral ayant un premier gain
proportionnel et un premier gain intégral. Dans la phase de correction
utilisant uniquement le deuxième signal de mesure, on détermine ladite
valeur corrective avec des deuxièmes moyens du type proportionnel-intégral
ayant un deuxième gain proportionnel et un deuxième gain
intégral. Et dans la phase de correction utilisant les deux signaux de
mesure on détermine ladite valeur corrective avec les premiers moyens de
correction et des troisième moyens d correction du type proportionnel-intégral
ayant un troisième gain proportionnel et un troisième gain
intégral et recevant en entrée la différence entre le deuxième signal de
mesure et un signal de consigne dépendant du point de fonctionnement du
moteur.
Cette troisième correction comprend par exemple l'adjonction
au premier terme proportionnel des premiers moyens de correction, du
terme correctif (offset) délivré par les troisièmes moyens de correction.
Le terme intégral des troisièmes moyens de correction est
avantageusement remis à zéro à chaque fois que l'on quitte une phase de
correction utilisant le premier signal de mesure, ce qui permet de remettre
à zéro la valeur de l'offset.
Il est préférable de choisir des premier et deuxième gains
proportionnels égaux. De même, il est préférable de choisir des premier et
deuxième gains intégraux égaux. En effet, les premiers gains
proportionnel et intégral sont généralement des gains qui ont déjà été
éprouvés en terme de conduite et de confort pour l'utilisateur du véhicule.
Le fait de choisir des deuxièmes gains égaux aux premiers évite une
calibration supplémentaire.
En variante, on peut choisir un deuxième gain intégral nul. Ceci
permet notamment de limiter l'excursion sur la valeur corrective de la
quantité de carburant injectée notamment lorsque la sonde aval (deuxième
sonde) est dans son état pauvre et que la sonde amont (première sonde) est
dans son état riche.
Selon un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention,
dans la phase de correction utilisant uniquement le deuxième signal de
mesure, on calcule à chaque instant courant une amplitude intégrale
courante égale au produit du deuxième gain intégral par la durée courante
séparant ledit instant courant et l'instant de démarrage de cette phase de
correction. On compare alors ladite amplitude intégrale courante à une
valeur minimale et à une valeur maximale prédéterminée. Lorsque
l'amplitude intégrale courante atteint la valeur minimale ou la valeur
maximale, on fige la valeur de cette amplitude intégrale à la valeur ainsi
atteinte, c'est-à-dire à la valeur minimale ou à la valeur maximale. Et, lors
du passage de cette phase de correction à une phase de correction utilisant
le premier signal de mesure, la valeur de l'amplitude intégrale est alors
soustraite à la valeur corrective de la quantité de carburant injectée,
précédemment déterminée.
Ceci permet de limiter l'excursion de la valeur corrective de
carburant injectée.
Bien qu'il soit possible de remettre à zéro la valeur de
l'amplitude intégrale à chaque fois que l'on quitte une phase de correction
utilisant uniquement le deuxième signal de mesure, il est préférable de
remettre à zéro cette valeur de l'amplitude intégrale lorsque la deuxième
sonde passe dans son état stoechiométrique. On est alors moins sensible
aux perturbations du premier signal de mesure délivré par la sonde amont,
perturbations notamment dues à des basculements parasites de la tension
délivrée par cette sonde amont.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention
apparaítront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en
oeuvre, nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est un synoptique schématique d'un dispositif de contrôlé de richesse permettant une mise en oeuvre du procédé selon l'invention,
- les figures 2 et 3 illustrent illustrent des caractéristiques tension/richesse de la sonde amont et de la sonde aval, et,
- les figures 4a à 4d illustrent des variations temporelles de la valeur corrective de quantité de carburant injectée, de l'amplitude intégrale, et des deux signaux de mesure délivrés par la sonde amont et la sonde aval.
Sur la figure 1, la référence CLC désigne d'une façon générale
un calculateur électronique embarqué à bord du véhicule et commandant
la quantité QY de carburant à injecter dans le moteur MOT. Les gaz
d'écháppement de ce moteur sont filtrés par un pot d'échappement de type
catalytique CAT, duquel ils s'échappent vers l'air libre. Une première
sonde SD1 (sonde amont) est disposée à l'entrée du pot catalytique et
mesure la teneur de l'un des composants principaux des gaz
d'échappement, ce composant étant habituellement l'oxygène. Cette
sonde est du type non linéaire et est souvent appelée par l'homme du métier
une sonde "lambda" ou sonde EGO.
Une deuxième sonde SD2 (sonde aval) analogue à la première
sonde, est disposée à la sortie du pot catalytique et mesuré également la
teneur de l'un des composant principaux des gaz d'échappement,
habituellement l'oxygène.
Le calculateur CLC comporte des moyens de contrôle en boucle
ouverte MCBO, de réalisation connue en soi, déterminant la quantité de
carburant à injecter en fonction du point de fonctionnement du moteur
(régime Rg et charge Ch). A cette quantité fournie par les moyens en
boucle ouverte MCBO, se multiplie une valeur corrective KCL délivrée
par une boucle de richesse utilisant les deux signaux de mesure V1 et V2
délivrés par les deux sondes SD1 et SD2. Comme on le verra plus en détail
ci-après, cette boucle de richesse est en fait constituée ici de trois boucles
de contre-réaction B1, B2 et B3.
Les moyens de contrôle en boucle ouverte, ainsi que l'ensemble
des moyens du calculateur CLC illustré sur la figure 1, sont par exemple
réalisés de façon logicielle au sein de ce calculateur.
La sonde amont SD1 délivre un premier signal de mesure
électrique V1 (tension à ses bornes) qui est appliqué à un circuit
comparateur CMP1 dans lequel le signal V1 est comparé à une tension Vb
qui dépend des caractéristiques de la sonde et correspond à la tension de
basculement de la sonde lorsque les conditions de stoechiométrie sont
remplies. Cette tension de basculement Vb est typiquement de l'ordre de
450 mV.
Selon que la tension V1 se situe au-dessus de la tension de
basculement de Vb ou en-dessous, on définit pour la sonde amont un état
dit "riche" et un état dit "pauvre" (figure 2).
De même, la sonde aval SD2 délivre un deuxième signal de
mesure V2 que l'on compare dans un deuxième circuit comparateur CMP2
à un seuil haut VS2 et à un seuil bas VS1, ces deux seuils étant situés de
part et d'autre de la tension de basculement de cette sonde aval,
typiquement égale à 600 mV. Lorsque la tension V2 est supérieure au seuil
haut VS2, la sonde aval est dite dans un état riche tandis que lorsque la
tension V2 est inférieure au seuil bas VS1, la sonde aval est dite dans un
état pauvre. Lorsque la tension V2 est comprise entre les deux seuils VS1
et VS2, la sonde est alors dans un troisième état dit stoechiométrique
(figure 3).
La valeur du seuil haut VS2 est par exemple prise à 750 mV
tandis que la valeur du seuil bas VS1 est égale par exemple à 350 mV ou à
150 mV selon le sens de passage de la sonde aval entre son état pauvre et
son état stoechiométrique.
Quelle que soit la sonde, un état riche (respectivement pauvre)
signifie que le mélange gazeux au niveau de la sonde est riche
(respectivement pauvre) en carburant.
La première boucle de contre-réaction B1 (boucle amont)
comporte de façon classique des premiers moyens de correction COR1 du
type proportionnel-intégral, de réalisation connue en soi. Ces moyens
COR1 ont un gain proportionnel Kp1 et un gain intégral Ki1.
La sortie du comparateur CMP1 délivre à l'entrée des moyens
COR1 un premier signal binaire SGN1 ayant les valeurs 1 ou -1 en fonction
de la position de la tension V1 par rapport à la tension de basculement Vb.
La sortie des premiers moyens de correction COR1 délivrent un
premier signal de correction KCL1.
Dans des condition particulières de fonctionnement, sur
lesquelles on reviendra plus en détail ci-après, et représentées
schématiquement par un interrupteur I2 commandé par un signal de
commande SC2, on ajoute au terme proportionnel + Kp1 ou - Kp1 des
premiers moyens de correction COR1, une valeur de décalage OFS fournie
par des troisièmes moyens de correction COR3 du type proportionnel-intégral,
de réalisation connue en soi, et ayant un gain proportionnel Kp3
et un gain intégral Ki3. L'entrée de ces troisièmes moyens de correction
est formée de la différence entre la tension V2 délivrée par la sonde aval et
une tension de consigne Vac fournie par une table mémorisée TAB en
fonction du point du fonctionnement du moteur (régime Rg et charge Ch).
Lorsque cette troisième boucle B3 est activée, elle forme avec la
boucle amont B1 une double boucle de richesse.
Une deuxième boucle de richesse B2, ou boucle aval, est formée
du circuit comparateur CMP2 et de deuxièmes moyens de correction
COR2 du type proportionnel-intégral ayant un gain proportionnel Kp2 et
un gain intégral Ki2. Ces deuxièmes moyens de correction COR2, de
réalisation connue en soi, reçoivent en entrée le signal SGN2 de sortie du
comparateur CMP2. Ce signal SGN2 prend par exemple respectivement
les valeurs + 1,0 et - 1 selon que la sonde aval SD2 se situe dans son état
riche, stoechiométrique, ou pauvre.
Le calculateur CLC comporte également des moyens de contrôle
MCC recevant en entrée la sortie des comparateurs CMP1 et CMP2 et
délivrant en sortie deux signaux de commande SC1 et SC2 commandant
respectivement deux interrupteurs I1 et I2 de façon à activer
sélectivement les différentes boucles qui viennent d'être évoquées.
Plus précisément, d'une façon générale selon l'invention,
lorsque la sonde aval SD2 est dans son état stoechiométrique, on active
alors la double boucle B1 et B3. En d'autres termes, la valeur corrective
KCL de carburant injecté est alors corrigée à partir des deux signaux V1 et
V2 délivrés par les deux sondes, et en utilisant un correcteur
proportionnel-intégral de gain intégral Ki1 et de terme proportionnel égal
à la somme du gain proportionnel + Kp1 ou - Kp1 et de l'offset OFS.
Lorsque l'état de la sonde aval est non stoechiométrique et est
identique à l'état de la sonde amont, c'est-à-dire lorsque les deux sondes
sont soit dans leur état pauvre soit dans leur état riche, on désactive la
boucle B2 et la boucle B3 et l'on n'utilise que le signal V1 délivré par la
sonde amont pour déterminer la valeur corrective KCL (boucle B 1) à l'aide
des moyens de correction COR1 et des gains Kp1 et Ki1.
Par contre, lorsque l'état de la sonde aval est non
stoechiométrique et est différent de l'état de la sonde amont, on commute
alors sur la boucle aval B2 qui utilise uniquement le signal V2 délivré par
la sonde aval, la valeur corrective KCL étant alors égale à KCL2 et
obtenue à partir des gains Kp2 et Ki2 des deuxièmes moyens de correction
COR2.
On va maintenant décrire en se référant plus particulièrement
aux figures 4a à 4d un exemple de correction de richesse.
On suppose qu'à l'entrée en boucle de richesse, la sonde aval et la
sonde amont sont dans leur état pauvre. La boucle amont B1 est alors
activée et la correction s'effectue avec le gain proportionnel Kp1 et le gain
intégral Ki1.
Plus précisément, à l'entrée en boucle de richesse, la valeur
corrective KCL subit un saut égal à + Kp1 puis suit une évolution linéaire
de pente + Ki1.
Lorsque la sonde amont bascule dans l'état riche, mais que la
sonde aval reste dans l'état pauvre, la boucle B2 est activée et l'on
commute sur les gains Kp2 et Ki2. On suppose dans cet exemple que les
deux gains proportionnels Kp1 et Kp2 sont égaux. C'est la raison de
l'absence de saut sur le signal KCL lors de la commutation.
Après cette commutation, la valeur corrective suit une évolution
linéaire de pente + Ki2.
Par ailleurs, lors de l'entrée dans la boucle B2, on calcule à
chaque instant courant t une amplitude intégrale AI2 égale au produit du
gain intégral Ki2 par la durée courante séparant l'instant courant de
l'instant d'entrée dans la boucle B2.
Lorsque l'amplitude intégrale AI2 atteint une valeur maximale
prédéterminée BM, au bout de la durée T, on fige la valeur de cette
amplitude intégrale AI2 ce qui a pour conséquence de stabiliser
l'évolution de la valeur corrective KCL à une valeur constante.
La valeur corrective KCL garde une valeur constante jusqu'à ce
que la sonde aval passe dans l'état stoechiométrique. A cet instant, la
valeur corrective KCL subit un saut d'amplitude - Ks égale à - 2Kp 1 - BM.
La double boucle B1 et B3 est alors activée ce qui a pour
conséquence dans un premier temps, compte tenu du fait que la sonde
amont est toujours dans son état riche, de conduire à une évolution linéaire
de la valeur corrigée KCL avec une pente égale à - Ki1, puis lorsque la
sonde amont passe dans l'état pauvre, à un saut égal à 2(Kp1 + OFS) suivi
d'une évolution linéaire de pente + Ki1.
Une variante avantageuse de l'invention permet de s'assurer que
le moteur fonctionne bien à la stochiométrie avant de déclencher une
correction à l'aide de la boucle B2 qui entraíne un éloignement volontaire
par rapport à cette stoechiométrie.
Selon cette variante la phase de correction utilisant uniquement
le deuxième signal de mesure V2 n'est autorisée que si au moins une
transition du premier signal de mesure V1, à savoir un passage de l'état
riche à l'état pauvre ou inversement, a eu lieu préalablement, c'est-à-dire
entre l'instant d'entrée en bouclage de richesse et l'instant présent. Si ce
n'est pas le cas on applique par défaut la correction de la boucle B1
utilisant uniquement le premier signal de mesure V1.
Ainsi, avoir enregistré au moins une transition de la sonde amont
permet de s'assurer que le moteur fonctionne bien à la stoechiométrie, et
que l'éloignement volontaire provoqué par la correction de la sonde aval
ne débute pas déjà à partir d'un état trop riche ou trop pauvre du mélange
dans la chambre de combustion.
Claims (11)
- Procédé de contrôle de l'injection d'un moteur à combustion interne relié à au moins un pot d'échappement catalytique, dans lequel on place une première sonde non linéaire (SD1) en amont du pot catalytique (CAT) apte à délivrer un signal de mesure (V1) représentatif de la proportion de l'un des composants des gaz d'échappement du moteur à l'entrée du pot catalytique, et une deuxième sonde non linéaire (SD2) en aval du pot catalytique apte à délivrer un deuxième signal de mesure (V2) représentatif de la proportion de l'un des composants des gaz d'échappement du moteur à la sortie du pot catalytique, et on détermine une valeur corrective (KCL) à partir des deux signaux de mesure de façon à corriger la quantité de carburant injecté, caractérisé par le fait qu'on compare le premier signal de mesure (V1) à un premier signal de référence prédéterminé (Vb) correspondant à une richesse du mélange présent dans le chambre de combustion sensiblement égale à 1, de façon à définir pour cette première sonde des états riche ou pauvre, et on compare le deuxième signal de mesure (V2) à un seuil haut prédéterminé (VS2) et à un seuil bas prédéterminé (VS1) définissant pour ledit mélange une plage de richesses voisines de 1, de façon à définir pour cette sonde des états stoechiométrique, riche ou pauvre, par le fait que lorsque la deuxième sonde est dans son état stoechiométrique on détermine ladite valeur corrective en utilisant les deux signaux de mesure, par le fait que lorsque les deux sondes sont toutes les deux soit dans l'état riche soit dans l'état pauvre, on détermine ladite valeur corrective en utilisant uniquement le premier signal de mesure (V1), et par le fait que lorsque les deux sondes sont respectivement dans les états riche et pauvre ou inversement, on détermine ladite valeur corrective en utilisant uniquement le deuxième signal de mesure (V2).
- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que on sélectionne des seuils hauts (VS2) différents en fonction du sens de passage de la deuxième sonde entre l'état stoechiométrique et l'état riche, et par le fait qu'on sélectionne des seuils bas (VS1) différents en fonction du sens de passage de la deuxième sonde entre l'état stoechiométrique et l'état pauvre.
- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que dans la phase de correction (COR1) utilisant le premier signal de mesure, on détermine ladite valeur corrective avec des premiers moyens de correction du type proportionnel-intégral ayant un premier gain proportionnel et un premier gain intégral, par le fait que dans la phase de correction utilisant uniquement le deuxième signal de mesure (V2), on détermine ladite valeur corrective avec des deuxièmes moyens de correction (COR2) du type proportionnel-intégral ayant un deuxième gain proportionnel et un deuxième gain intégral, et par le fait que dans la phase de correction utilisant les deux signaux de mesure on détermine ladite valeur corrective avec les premiers moyens de correction (COR1) et des troisièmes moyens de correction (COR3) du type proportionnel-intégral ayant un troisième gain proportionnel et un troisième gain intégral et recevant en entrée la différence entre le deuxième signal de mesure (V2) et un signal de consigne (Vac) dépendant du point de fonctionnement du moteur.
- Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les premier et deuxième gains proportionnels (Kp1, Kp2) sont égaux.
- Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait que les premier et deuxième gains intégraux (Ki1, Ki2) sont égaux.
- Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait que le deuxième gain intégral (Ki2) est nul.
- Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que dans la phase de correction utilisant uniquement le deuxième signal de mesure, on calcule à chaque instant courant une amplitude intégrale courante (AI2) égale au produit du deuxième gain intégral (Ki2) par la durée courante (T) séparant ledit instant courant et l'instant de démarrage de cette phase de correction et, on compare ladite amplitude intégrale courante à une valeur minimale et à une valeur maximale (BM) prédéterminées, et lorsque l'amplitude intégrale courante atteint la valeur minimale ou la valeur maximale on fige la valeur de l'amplitude intégrale à cette valeur atteinte, et par le fait que lors du passage de cette phase de correction à une phase de correction utilisant le premier signal de mesure, la valeur de l'amplitude intégrale (AI2) est soustraite à la valeur corrective précédemment déterminée.
- Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la valeur de l'amplitude intégrale est remise à zéro lorsque la deuxième sonde (SD2) passe dans son'état stoechiométrique.
- Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la valeur de l'amplitude intégrale (AI2) est remise à zéro à chaque fois qu'on quitte une phase de correction utilisant uniquement le deuxième signal de mesure.
- Procédé selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisé par le fait que la troisième correction comprend l'adjonction au premier terme proportionnel (Kp1) du terme correctif (OFS) délivré par les troisièmes moyens de correction, et par le fait que le terme intégral (Ki3) des troisièmes moyens de correction est remis à zéro à chaque fois qu'on quitte une phase de correction utilisant le premier signal de mesure.
- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on détermine ladite valeur corrective (KCL) en utilisant uniquement le deuxième signal de mesure (V2) d'une part lorsque les deux sondes sont respectivement dans les états riche et pauvre ou inversement et d'autre part si la première sonde est déjà passée préalablement au moins une fois de son état pauvre à son état riche ou inversement, et par le fait que si la première sonde n'est pas déjà passée préalablement au moins une fois de son état pauvre à son état riche ou inversement, on détermine ladite valeur corrective en utilisant uniquement le premier signal de mesure (V1).
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