FR2837875A1 - Procede et dispositif de regulation du rapport de melange air/carburant d'un moteur thermique - Google Patents
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Abstract
Procédé et dispositif de régulation du rapport air/ carburant d'un moteur thermique comportant un premier groupe de cylindres (12) et un second groupe de cylindres (14). Le premier groupe envole les gaz d'échappement dans une première conduite (32) et le second groupe dans une seconde conduite (54). La première conduite (32) comporte un premier catalyseur (34) et la seconde conduite un second catalyseur (58). Une sonde d'échappement (36) en amont du premier catalyseur (34) influence le mélange air/ carburant du premier et du second groupes de cylindres (12, 14). Une seconde sonde (38) en aval du premier catalyseur (34) influence le mélange air/ carburant du premier groupe (12). Une troisième sonde de gaz d'échappement (56) en aval du second catalyseur (58) influence le mélange air/ carburant du second groupe (14).
Description
carburant (10) au niveau de ladite pompe à carburant (16).
La présente invention concerne un procédé de régulation du rapport de mélange air/carburant d'un moteur thermique comportant un premier groupe de cylindres dont les gaz d'échappement passent par une première zone de conduite de gaz d'échappement et dont le rapport s air/carburant est réglé par un premier circuit de régulation sur la base du
signal d'une première sonde de gaz d'échappement, cette sonde étant ins-
tallée en amont d'un premier catalyseur de la première zone de conduite de gaz d'échappement, un second groupe de cylindres dont les gaz d'échappement passent par une seconde zone de conduite de gaz o d'échappement équipée d'un second catalyseur et dont on influence le
rapport air/carburant par une grandeur du premier circuit de régulation.
L' inventi on concerne égalem ent une installation de com -
mande électronique pour la mise en _uvre du procédé ainsi qu'un dispo-
sitif équipé d'une telle installation de commande électronique. Le dispositif s fournit des grandeurs de réglage pour réguler le rapport de mélange air/carburant d'un moteur thermique comportant un premier groupe de cylindres dont les gaz d'échappement sont fournis à une première zone de conduite de gaz d'échappement et dont le rapport de mélange air/carburant est réglé par un premier circuit de régulation sur la base du signal de la première sonde de gaz d'échappement installée en amont d'un premier catalyseur dans la première zone de conduite de gaz d'échappement, et comprenant un second groupe de cylindres dont les gaz d'échappement passent dans une seconde zone de conduite de gaz d'échappement avec un second catalyseur et dont le rapport de mélange
carburant/air est influencé par une grandeur du premier circuit de régu-
lation.
Un tel procédé et une telle installation de commande élec-
tronique ainsi qu'un tel dispositif sont connus selon le document DE 38 34 711. Cet état de la technique prévoit une régulation séparée des
deux ens embles ou group es de cylindres d'un moteur thermique. Les ins-
tallations de gaz d'échappement à plusieurs catalyseurs individuels par groupe de cylindres sont utilisces généralement pour des moteurs ayant un nombre important de cylindres, par exemple des moteurs à six ou huit cylindres. Les deux ensembles de cylindres ont chacun une conduite de s gaz d'échappement propre, distincte équipée chacune d'un catalyseur qui ne traite que les gaz d'échappement des cylindres correspondants. Pour chaque ensemble de cylindres, on a une sonde de gaz d'échappement en
amont du catalyseur respectif pour détecter la concentration en oxygène.
Cette concentration en oxygène détectée de manière indivi duelle par ensemble de cylindres sert ensuite comme grandeur d'entrée d'un circuit de régulation associée à chaque ensemble de cylindres pour déterminer le rapport de mélange air/carturant. Lorsqu'on détecte une erreur dans l'un des deux circuits de régulation, on utilise la grandeur de réglage du circuit de régulation intacte dans le ctrcuit de régulation enta chée d'une erreur comme grandeur de remplacement pour la grandeur
d'actionnement qui est alors probablement aussi entachée d'une erreur.
Pour le fonctionnement normal, le procédé connu nécessite touj ours une o sonde de gaz d'échappement individuelle pour chaque ensemble de cylin dres en amont du catalyseur de chaque ensemble de cylindres. Les com mandes récentes de moteur, en plus des sondes de gaz d'échappement en amont du catalyseur comportent également les sondes de gaz d'échappement en aval du catalyseur. Le catalyseur favorise le réglage de l'équilibre thermodynamique des différents composants des gaz d'échappement. Les imprécisions dans le signal de la sonde amont et qui sont provoquées par un réglage incomplet de l'équilibre thermodynamique, n'existent plus ou du moins sont réduits dans le signal de la sonde ar rière. De plus, le catalyseur fonctionne comme compensateur de la tempé o rature des gaz d'échappement, de sorte qu'au niveau de la sonde arrière, on aura des variations de température de gaz d'échappement moins fortes
que celles imposées à la sonde amont.
La dépendance des signaux de sonde par rapport à la tem pérature conduit ainsi dans le cas de la sonde aval à des variations com
parativement plus faibles du signal de la sonde que pour la sonde amont.
Toutefois la sonde aval présente l'inconvénient que du fait du plus grand éloignement par rapport aux soup ap es d'échapp ement du moteur thermi que, elle réagit avec plus d'inertie aux variations de la teneur en oxygène que la sonde amont. Cet effet est encore amplifié par le catalyseur qui ac cumule de l'oxygène dans les phases d'excédent d'oxygène et le restitue de nouveau aux gaz d'échappement dans les phases de manque d'oxygène; ainsi il influence l'évolution chronologique de la concentration d'oxygène dans les gaz d'échappement comme un filtre passebas influence un signal
électrique variable.
ss Vis-à-vis d'un tel arrière-plan, le signal de la sonde arrière de gaz d'échappement convient moins comme grandeur d'entrée pour un circuit de régulation rapide que le signal d'une sonde amont. Les procédés de régulation connus prévoient ainsi un circuit de régulation interne qui se compose de manière simplifiée du moteur thermique comme chemin de régulation, de la sonde de gaz d'échappement amont comme capteur de
régulation, d'un appareil de commande électronique comme moyen de ré-
gulation et d'un dispositif de dosage de carburant comme organe d'actionnement. L'effet de ce ctrcuit de régulation interne est contrôlé dans une certaine mesure par une sonde de gaz d'échappement aval qui, en cas
de déviation de la concentration en oxygène mesurée en aval du cataly-
seur, par rapport à une valeur de consigne, intervient dans le sens de la correction par un circuit de régulation externe dans le circuit de régula o tion interne de manière à corriger les phénomènes de dérive dans le signal de la sonde amont. De plus, la sonde aval permet de diagnostiquer la
sonde amont et les catalyseurs.
Par rapport à la régulation individuelle par ensemble de cy-
lindres dans le sens décrit ci-dessus, avec des conduites de gaz s d'échappement séparées et des catalyseurs séparés, il faudrait ainsi pour chaque catalyseur une sonde amont et une sonde aval pour les gaz d'échappement. Dans le cas de deux ensembles de cylindres, il faut ainsi au minimum quatre sondes de gaz d'échappement. Or, les sondes de gaz d'échappement sont relativement coûteuses. De plus en particulier, les o sondes amont nécessitent un espace de montage qui en général est à peine disponible. Cela est vrai notamment pour les moteurs suralimentés dans lesquels le turbocompresseur occupe également l'emplacement qui
conviendrait aux sondes de gaz d'échappement.
Ainsi, la présente invention a pour but de diminuer le nom bre de sondes gaz d'échappement nocessaires dans un moteur thermique
ayant des group es de cylindres dont la régulation se fait séparément.
Exposé et avantages de l' invention
La présente invention a pour but de remédier à ces incon-
vénients et concerne à cet effet un procédé du type défini ci-dessus, ca so ractérisé en ce que la grandeur fournie par le premier circuit de régulation est le signal de la première sonde de gaz d'échappement, sur la base de ce signal, on règle le rapport air/carburant du second groupe de cylindres par un second circuit de régulation, et on applique en plus un signal au second circuit de régulation qui repose sur le signal d'une seconde sonde
de gaz d'échappement en aval du second catalyseur.
L'invention concerne également une installation de com-
mande électronique pour la régulation du rapport de mélange air/carburant d'un moteur thermique, du type défini ci-dessus, caractéri t sce en ce que la grandeur venant du premier circuit de régulation est le signal de la première sonde de gaz d'échappement, et l'installation de
commande électronique règle le rapport de mélange carburant/air du se-
cond groupe de cylindres par un second circuit de régulation sur la base de ce signal, le second circuit de régulation recevant en outre un signal reposant sur le signal d'une seconde sonde de gaz d'échappement installée
en aval du second catalyseur.
L'invention concerne également un dispositif du type ci-
dessus comportant une installation de commande électronique, caractéri o sé en ce que la grandeur fournie par le premier circuit de régulateur est le
signal de la première sonde de gaz d'échappement, et le dispositif com-
porte en outre une seconde sonde de gaz d'échappement installée en aval du second catalyseur, la grandeur de réglage du rapport de mélange air/carburant du second groupe de cylindres est formoe par un second s circuit de régulation sur la base du signal de la première sonde de gaz d'échappement, le second circuit de régulation recevant en outre un signal
fondé sur le signal de la seconde sonde de gaz d'échappement.
Un avantage important réside dans la suppression de l'une des sondes amont pour les gaz d'échappement. La suppression de l'une des sondes amont se traduit par une économie importante. On supprime ainsi une sonde de gaz d'échappement, le câble et le circuit de traitement de signal correspondant dans l'installation de commande électronique. La suppression de l'une des sondes amont est rendue possible, car le signal de l'une des sondes amont n'est pas utilisé pour la régulation d'un groupe de cylindres mais pour la régulation des deux groupes de cylindres. La sonde amont de l'une des groupes de cylindres sert ainsi en même temps
de sonde virtuelle pour l'autre groupe de cylindres.
Du point de vue du procédé, il est prévu un autre moyen en ce que le signal d'une troisième sonde de gaz d'échappement en aval du premier catalyseur est traité par un troisième circuit de régulation pour donner une grandeur d'actionnement ou de régulation qui influence la
formation d'une grandeur d'actionnement ou de régulation du premier cir-
cuit de régulation.
Un développement prévoit que le signal qui repose sur le si
3 gnal de la seconde sonde de gaz d'échappement est la grandeur de régula-
tion d'un quatrième circuit de régulation.
Pour le dispositif, un développement prévoit que la première
sonde de gaz d'échappement soit une sonde à bande large.
Un autre moyen prévoit que la seconde et la troisième sonde
de gaz d'échappement est chaque fois une sonde de Nernst.
Un exemple de réalisation d'une sonde de Nernst est donné dans le document Kraftfahrtechnischen Taschenbuch, 22. édition, VDI s Verlag Dusseldorf, ISBN 3-18-419122-2 (mémento de technologie automo bile, 2ème édition ISBN-3-934584-19-5, pages 522 et suivantes). Ce docu ment décrit notamment une sonde à bande large comme exemple de réalisation de la première sonde de gaz d'échappement. Une sonde à bande large présente une fenêtre de mesure reliée par un orifice d'entrée o de gaz aux gaz d'échappement. La fenêtre de mesure est munie en outre d'une cellule de pompage électrochimique qui permet de pomper l'oxygène à travers la fenêtre de mesure. Un circuit électronique régule la tension appliquée à la cellule de pompage de façon que la composition des gaz dans la fenêtre de mesure soit constante, égale à Lambda = 1. Le courant s de pompage Isvk nécessaire à cet effet correspond à la mesure de la teneur en oxygène des gaz d'échappement. En d'autres termes, la sonde à bande large fournit un signal de courant Isvk de la sonde en amont du cataly seur. Au contraire la sonde de Nernst fournit un signal de tension U
(Ushk) de la sonde en aval du catalyseur.
Dessin La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement
dans l'unique figure annexée.
L'unique figure montre un moteur thermique 10 compor s tant un premier groupe de cylindres 12 et un second groupe de cylindres 14. Les cylindres sont alimentés avec de l'air ou un mélange carburant/air par un système d'admission ou d'aspiration 16. Le système d'admission comporte un organe de réglage de puissance 18 par exemple un volet d'étranglement. La quantité d'air qui arrive au moteur thermique à travers le volet d'étranglement est captée par un débitmètre massique dair 20. En fonction de la quantité d'air mesurée, le bloc 22 effectue un calcul de l'injection. La largeur des impulsions d'indection émises par le bloc 22 re présente les valeurs de base pour commander un premier organe de do sage de carburant 24 et un second organe de dosage de carburant 26. Le ss premier organe de dosage de carburant 24 est associé au premier groupe de cylindres 12 et le second organe de dosage de carburant 26 est associé
au second groupe de cylindres 14.
Les organes de dosage de carburant 24, 26 peuvent être réalisés par exemple sous la forme d'indecteurs associés séparément à chaque cylindre. Dans la structure telle représentée, les organes de dosage de carburant 24, 26 dosent le carburant pour chacune des parties 28, 30
s du système d'admission 16 associces à un groupe de cylindres. La réfé-
rence 28 représente la partie associée au premier groupe de cylindres 12
et la référence 30 représente la partie associée au second groupe de cylin-
dres 14. Cette représentation correspond à l'indection dans la tubulure
d'admission et dans ce cas le moteur aspire un mélange air/carburant.
o Mais l'invention n'est pas limitée à l'injection dans la tubu lure d'admission et peut s'appliquer de façon analogue à une injection di recte d'essence. Selon ce procédé, le carburant est indecté de manière dosée directement dans les chambres de combustion du moteur. Les gaz d'échappement du premier groupe de cylindres 12 arrivent dans une pre s mière zone de conduite d'échappement 32 comportant une première zone de catalyseur 34. La première partie de conduite de gaz d'échappement 32 comporte en outre une première sonde de gaz d'échappement 36 installée
en amont du premier catalyseur 34.
Il est également prévu une troisième sonde de gaz
o d'échappement 38 derrière le premier catalyseur 34. Le signal de la pre-
mière sonde de gaz d'échappement 36 est traité dans un premier régula-
teur 40 pour donner une grandeur de réglage corrigée par un premier
point de combinaison 42 pour la durée d'injection émise par le bloc 22.
Le premier organe de dosage de carburant 24 forme un premier ctrcuit de régulation avec le premier groupe de cylindres 12, la première sonde de gaz d'échappement 36, le premier régulateur 40 et le premier point de combinaison 42; ce premier circuit de régulation règle le rapport de mélange air/carburant du premier groupe de cylindres 12. A ce premier circuit de régulation est subordonnée une intervention de régula
so tion reposant sur le signal de la troisième sonde de gaz d'échappement 38.
Le signal de cette troisième sonde de gaz d'échappement 38 est appliqué à un point de combinaison 44 formant une différence pour être comparé à la
valeur de consigne fournie par un premier générateur de valeurs de consi-
gne 46. La différence des deux valeurs est appliquée comme déviation de ss régulation du troisième ctrcuit de régulation à un troisième régulateur 48
qui partant de cette valeur forme une grandeur d'actionnement pour in-
fluencer le premier régulateur 40. Cette grandeur d'actionnement pourrait
corriger par exemple la valeur de consigne du premier circuit de régula-
teur. En variante ou en complément de la correction de la valeur de consigne, on effectue également une correction asymétrique d'autres s paramètres de régulation par exemple de la partie P et/ou de la partie I
d'un régulateur PI (régulateur proportionnel P/intégral I) ou une correc-
tion des temporisations pour influencer la grandeur d'actionnement à partir d'un changement du signal de sonde. Le montage en série tel que décrit d'un premier et d'un troisième circuits de régulation a la fonction o indiquée ci-dessus permettant à l'aide d'un premier circuit de régulation d'assurer une régulation rapide du mélange et à l'aide du troisième circuit
de régulation, d'assurer une correction plus lente mais plus précise.
Selon l'invention, le signal de la première sonde de gaz d'échappement 36 sert non seulement de grandeur d'entrée du premier
s régulateur 40 pour réguler le rapport de mélange carturant/air du pre-
mier groupe de cylindres 12 du moteur thermique 10 mais également à régler le rapport de mélange air/carburant du second groupe de cylindres 14. Pour cela, le signal de la première sonde de gaz d'échappement 36 est appliqué à un second régulateur 50. La grandeur d'actionnement ou de o régulation formée par le second régulateur 50 influence par l'intermédiaire d'un second point de combinaison 52, la formation du signal d'injection du second organe de dosage de carburant 26 et ainsi le rapport
air/carburant du second groupe de cylindres 14 du moteur thermique 10.
La première sonde de gaz d'échappement 36 associée à la s première zone de conduite de gaz d'échappement 32 séparée de la seconde zone de conduite de gaz d'échappement du second groupe de cylindres 12, sert ainsi de sonde virtuelle d'un second circuit de régulation; ce circuit
est formé de l'organe de dosage de carburant 26, du second groupe de cy-
lindres 14, de la première sonde de gaz d'échappement 36, du second ré
gulateur 50 et du second point de combinaison 52.
Un quatrième circuit de régulation est prévu en aval du se-
cond ctrcuit de régulation. Ce quatrième circuit se compose d'une seconde sonde de gaz d'échappement 56 en aval du second catalyseur 58, d'une seconde combinaison de différence 60, d'un second générateur de valeurs 3s de consigne 62 et d'un quatrième régulateur 64. Le quatrième ctrcuit de
régulation a pour but de corriger les différences dans la formation du mé-
lange des deux groupes de cylindres. De telles différences peuvent résulter par exemple de tolérances différentes des indecteurs des deux groupes de
cylindres 12, 14.
Le premier régulateur 40 corrige les tolérances des indec-
teurs du premier groupe de cylindres 12. Mais cette correction n'est pas s nécessairement correcte pour les durées d'indection du second groupe de
cylindres 14, de sorte qu'il est nécessaire d'effectuer une correction sup-
plémentaire à l'aide du quatrième circuit de régulation en aval du second circuit de régulation. La régulation arrière du second groupe de cylindres 14 corrige la dérive de la première sonde de gaz d'échappement 36 et les o différences de mélange spécifiques au groupe de cylindres comme par exemple celles provoquées par des indecteurs différents ou des différences
de remplissage fixes.
Claims (5)
1 ) Procédé de régulation du rapport de mélange air/carburant d'un mo-
teur thermique (10) comportant un premier groupe de cylindres (12) dont les gaz d'échappement passent par une première zone de conduite de gaz
s d'échappement (32) et dont le rapport air/carburant est réglé par un pre-
mier circuit de régulation (12, 24, 36, 40, 42) sur la base du signal d'une première sonde de gaz d'échappement (36), cette sonde étant installée en amont d'un premier catalyseur (34) de la première zone de conduite de gaz d'échappement (32), o un second groupe de cylindres (14) dont les gaz d'échappement passent par une seconde zone de conduite de gaz d'échappement (54) équipée d'un second catalyseur (58) et dont on influence le rapport air/carburant par une grandeur du premier ctrcuit de régulation (12, 24, 36, 40, 42), caractérisé en ce que s la grandeur fournie par le premier ctrcuit de régulation (12, 24, 36, 40, 42) est le signal de la première sonde de gaz d'échappement (36), sur la base de ce signal, on règle le rapport air/carburant du second groupe de cylindres (14) par un second circuit de régulation (14, 26, 36,
, 52),
et on applique en plus un signal au second ctrcuit de régulation (14, 26, 36, 50, 52) qui repose sur le signal d'une seconde sonde de gaz
d'échappement (56) en aval du second catalyseur (58).
2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on traite le signal d'une troisième sonde de gaz d'échappement (38) en aval du premier catalyseur (34) par un troisième ctrcuit de régulation (38, 44, 48) pour obtenir une grandeur de réglage qui influence la formation d'une grandeur de réglage dans le premier ctrcuit de régulation (12, 24, 36, 40, 42). 3 ) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal reposant sur le signal de la seconde sonde de gaz d'échappement ss (56) est la grandeur de réglage d'un quatrième ctrcuit de régulation (56,
, 64).
4 ) Installation de commande électronique pour réguler le rapport du mé lange air/carburant d'un moteur thermique (10) comprenant un premier groupe de cylindres (12) dont les gaz d'échappement passent par une première zone de conduite de gaz d'échappement (32) et dont le rapport du mélange air/carturant est réglé par l'installation de commande électroni que avec un premier circuit de régulateur (12, 24, 36, 40, 42) sur la base du signal d'une première sonde de gaz d'échappement (36) installée en amont d'un premier catalyseur (34) dans la première zone de conduite de gaz d'échappement (32), et un second groupe de cylindres (14) dont les gaz d'échappement passent dan s une se co nde zone de conduite de gaz d'échapp e ment ( 5 4) comportant un second catalyseur (58) et dont le rapport de mélange air/carburant est influencé par l'installation de commande électronique avec une grandeur venant du premier circuit de régulation (12, 24, 36, 40, 42), caractérisée en ce que la grandeur venant du premier circuit de régulation (12, 24, 36, 40, 42) est le signal de la première sonde de gaz d'échappement (36), et l'installation de commande électronique règle le rapport de mélange car burant/air du second groupe de cylindres (14) par un second circuit de régulation (14, 26, 36, 50, 52) sur la base de ce signal, le second circuit de régulation (14, 26, 36, 50, 52) recevant en outre un signal reposant sur le signal d'une seconde sonde de gaz d'échappement (56) installée en aval du
second catalyseur (58).
5 ) Dispositif comportant une installation de commande électronique ainsi qu'une première sonde de gaz d'échappement (36), une seconde sonde de gaz d'échappement (56) et une troisième sonde de gaz d'échappement (38), ce dispositif fournissant des grandeurs de réglage pour réguler le rapport de mélange air/carburant d'un moteur thermique (10), ce dernier ayant un premier groupe de cylindres (12) dont les gaz d'échappement sont fournis à une première zone de conduite de gaz d'échappement (32) et dont le rapport de mélange air/carburant est réglé par un premier circuit de régulation (12, 24, 36, 40, 42) sur la base du signal de la première sonde de gaz d'échappement (36) installée en amont d'un premier cataly seur (34) dans la première zone de conduite de gaz d'échappement (32), et comprenant un second groupe de cylindres (14) dont les gaz djéchappement pas sent dans une seconde zone de conduite de gaz d'échappement (54) avec un second catalyseur (58) et dont le rapport de mélange earburant/air est influencé par une grandeur du premier etreuit de régulation (12, 24, 36, 40, 42), earaetérisé en ee que la grandeur fournie par le premier circuit de régulateur (12, 24, 36, 40, s 42) est le signal de la première sonde de gaz d'échappement (36), et le dispositif comporte en outre une seconde sonde de gaz d'éehappement (56) installée en aval du second catalyseur (58), la grandeur de réglage du rapport de mélange air/carburant du second groupe de cylindres (14) est formée par un second ctrcuit de régulation o (14, 26, 36, 50, 52) sur la base du signal de la première sonde de gaz d'échappement (36), le second circuit de régulation (14, 26, 36, 50, 52) recevant en outre un signal fondé sur le signal de la seconde sonde de gaz
d'échappement (56).
S 6 ) Dispositif selon la revendication 5, earaetérisé en ee que
la première sonde de gaz d'éehappement (36) est une sonde à bande large.
7 ) Dispositif selon la revendieation 5 ou 6, earaetérisé en ce que
la seconde et la troisième sonde de gaz d'échappement (38, 56) sont cha-
cune une sonde de Nernst.
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Patent Citations (1)
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