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(11) | EP 0 146 426 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Procédé de commande d'un moteur à injection de carburant régulée par sonde lambda et à allumage commandé |
| (57) Procédé de commande d'un moteur à injection de carburant et allumage commandé équipé
d'un calculateur électronique d'injection et d'allumage couplé à une sonde de détection
de la teneur en oxygène des gaz d'échappement, suivant lequel on élabore en fonction
des paramètres de fonctionnement du moteur un temps d'injection nominal (Tln) correspondant
à un dosage pauvre en carburant du mélange carburé et on provoque périodiquement un
enrichissement temporaire dudit mélange par augmentation du temps d'injection, caractérisé
en ce que, en réponse audit enrichissement temporaire, on provoque une diminution
temporaire de l'angle d'avance à l'allumage nominal élaboré en fonction desdites caractéristiques
de fonctionnement du moteur. Application aux véhicules automobiles. |
[0001] La présente invention concerne un procédé de commande d'un moteur à injection de carburant et à allumage commandé au moyen d'un calculateur électronique couplé à une sonde de détection de la teneur en oxygène des gaz d'échappement, ci-après appelée sonde /\ .
[0002] La sonde À est un capteur fonctionnant en tout ou rien dont la tension de sortie est soit supérieure, soit inférieure à un certain seuil suivant que la teneur en oxygène des gaz d'échappement est inférieure ou supérieure à une valeur prédéterminée. Cette teneur en oxygène des gaz d'échappement est elle-même une image du mélange d'air et de carburant admis dans le moteur: un mélange pauvre engendre un excès d'oxygène dans les gaz d'échappement et un mélange riche un déficit d'oxygène, le seuil de la sonde À correspondant au rapport stoechiométrique.
[0003] Une telle sonde À peut ainsi être utilisée en combinaison avec un calculateur d'injection pour doser le mélange air/carburant admis dans le moteur en fonction de la teneur en oxygène des gaz d'échappement. Cette régulation permet en particulier de réduire les émissions de composants toxiques émanant des moteurs à allumage commandé comme l'exigent les réglementations nationales dans un certain nombre de pays.
[0004] Un autre intérêt d'une telle régulation par sonde réside dans la possibilité de faire fonctionner le moteur en mélange pauvre, au moins dans certaines zones de son domaine de fonctionnement, afin de minimiser la consommation de carburant et de réduire les émissions de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures imbrûlés.
[0005] Il est donc souhaitable de faire fonctionner un moteur en mélange pauvre et de vérifier en cours de fonctionnement les modifications de richesse dues à une dérive des caractéristiques initiales du moteur.
[0006] A cet effet, il est déjà connu, notamment par le brevet FR-A 2.035.177, d'alimenter un moteur en mélange pauvre et de provoquer un enrichissement ayant des caractéristiques connues, tout en vérifiant durant ce processus l'état de la sonde.
[0007] Cependant, un tel procédé a pour effet d'engendrer lors des phases d'enrichissement un excès de couple du moteur qui est ressenti par le conducteur du véhicule. Il est par ailleurs connu, notamment par la demande de brevet EP-A-0007 998, d'éviter une augmentation trop soudaine du couple d'un moteur lors de la réàlimentation en carburant de celui-ci consécutivement à l'interruption de cette alimentation, en diminuant temporairement l'angle d'avance à l'allumage. Toutefois, cette stratégie de diminution de l'angle d'avance à l'allumage décrite dans la demande de brevet EP-A-0007 998 n'est pas directement transposable pour résoudre le problème que pose l'alimentation d'un moteur en mélange pauvre faisant appel à une régulation par sonde λ , notamment pour des raisons liées au confort de conduite qui requiert un fonctionnement le plus régulier possible du moteur que ne permettrait pas d'obtenir cette simple transposition.
[0008] L'invention vise à résoudre ce problème et, à cet effet, elle a pour objet un procédé de commande de moteur à injection de carburant et allumage commandé équipé d'un calculateur électronique d'injection et d'allumage couplé à une sonde de détection de la teneur en oxygène des gaz d'échappement, suivant lequel on élabore, en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur, un angle d'avance à l'allumage nominal que l'on diminue temporairement dans certaines conditions de fonctionnement du moteur et un temps d'injection nominal correspondant à un dosage pauvre en carburant du mélange carburé et on provoque périodiquement un enrichissement temporaire dudit mélange par augmentation du temps d'injection, caractérisé en ce que, en réponse audit enrichissement temporaire, on provoque ladite diminution temporaire de l'angle d'avance à l'allumage nominal et en ce que l'amplitude de la diminution de l'angle d'avance à l'allumage est proportionnelle audit angle d'avance nominal et dépend de la valeur de l'augmentation temporaire du temps d'injection.
[0009] Suivant une caractéristique de l'invention, on engendre la diminution d'avance temporaire un nombre prédéterminé de tours moteur après le début de l'enrichissement temporaire.
[0010] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de sa réalisation donné uniquement à titre d'exemple et illustré par les dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'un système électronique d'injection de carburant pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention ;
- la figure 2 est un chronogramme illustrant l'évolution du temps d'injection Ti et de l'angle d'avance à l'allumage Av en fonction du nombre de tours moteurs t conformément à l'invention ;
- la figure 3 est un organigramme de fonctionnement d'un calculateur numérique d'injection et d'allumage assurant une régulation conforme au procédé de l'invention.
[0011] En ae reportant à la figure 1, un moteur à allumage commandé 1 comprend une conduite d'admission 2, dans laquelle un injecteur 3 est disposé en aval d'un papillon 4, et une conduite d'échappement 5,Le temps
[0012] d'ouverture de l'injecteur 3, qui détermine le dosage du mélange air/carburant, est commandé par un calculateur numérique 6 qui reçoit d'un capteur de pression 7 une information relative à la pression de l'air dans la conduite d'admission 2 et d'un capteur de vitesse 8 une information relative à la vitesse de rotation du moteur 1. Le capteur 8 est associé à une cible dentée 9 solidaire en rotation du vilebrequin (non représenté) du moteur 1 et dont certaines dents ont été supprimées le signal de sortie du capteur 8 est ainsi exploité par le calculateur 6 pour déterminer à la fois la vitesse et la position angulaire du vilebrequin comme décrit dans le brevet FR-A- 79.00 386. Enfin, le calculateur 6 reçoit également les signaux de sortie d'une sonde À 10 disposée dans la conduite d'échappement 5 et d'un capteur de température 11 disposé dans le circuit d'eau de refroidissement 12 du moteur 1.
[0013] Le calculateur 6 élabore également l'angle d'avance à l'allumage en fonction des paramètres vitesse et charge du moteur et commande l'instant d'allumage du mélange dans un cylindre 13 du moteur par une bougie 14.
[0014] Le système décrit jusqu'à présent ne constitue qu'un exemple particulier de dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention et il doit être bien compris que n'importe quel autre type de système d'injection et d'allumage à calculateur numérique ou analogique réglant le temps d'injection et l'avance à l'allumage en fonction de la vitesse et de la charge du moteur, et éventuellement d'autres paramètres tels que la température d'air, d'eau, d'huile, etc., pourrait également convenir. On notera par ailleurs que le procédé qui sera décrit dans la suite est applicable aussi bien à un système d'injection monopoint (un seul injecteur pour tous les cylindres) qu'à un système multipoints (un injecteur par cylindre).
[0015] Le procédé suivant l'invention sera maintenant décrit succintement en se référant également à la figure 2. Le calculateur 6 possède en mémoire une cartographie permettant de calculer le temps d'injection en fonction de la vitesse et de la charge du moteur. Cette cartographie correspond à un temps d'injection de base TIo déterminant un fonctionnement du moteur en mélange pauvre. Dans l'exemple de la figure 2, la vitesse et la charge du moteur, et par conséquent le temps d'injection de base TIo, sont supposés constants.
[0016] Périodiquement, le calculateur 6 provoque un enrichissement supplémentaire du mélange en augmentant le temps d'injection d'une valeur b pendant un nombre de tours moteur a. Les quantités a et b sont calculées pour que, au point de fonctionnement considéré, la sonde À se trouve à la limite du basculement. Au bout d'un nombre de tours moteur c, on examine si la sonder a basculé d'un état à l'autre pendant cette période c : dans l'affirmative, on diminue d'une faible quantité le temps d'injection de base et, dans la négative, on l'augmente d'une quantité également faible, ce qui conduit à un temps d'injection nominal TIn différent du temps de base TIo. Ces modifications du temps d'injection de base n'ont pas été représentées sur la figure 2 dans un but de simplification, mais ce processus de régulation permettant de fonctionner en mélange pauvre résultera clairement de la description de l'organigramme de la figure 3. Au bout d'un nombre de tours moteur d, le calculateur 6 engendre une nouvelle impulsion de richesse et l'ensemble du processus décrit ci-dessus se déroule à nouveau.
[0017] Comme indiqué précédemment, cet enrichissement temporaire (a, b) tend à engendrer une augmentation de couple qui, conformément à l'invention, est compensée par une diminution également temporaire de l'angle d'avance à l'allumage. Dans le cas d'un calculateur numérique tel que décrit à la figure 1, celui-ci comporte en mémoire une cartographie d'avance adressable en fonction de la pression et du régime moteur et engendre un angle d'avance de base Avo. En réponse à une impulsion d'enrichissement (a, b), l'angle d'avance Avo est réduit d'une quantité e pendant un nombre de tours f. De préférence, ce créneau d'estompage ou réduction d'avance est déphasé en retard d'un nombre de tours g par rapport à l'impulsion d'enrichissement et est maintenu pendant un nombre de tours moteur identique à celui de l'enrichissement temporaire, c'est-à-dire que a = f.
[0018] Bien entendu, les valeurs de a, b, c, d, e, f et g dépendent du type de système d'injection et des caractéristiques du moteur considérés. C'est ainsi, par exemple, que dans le cas d'un système d'injection multipoints, la durée des créneaux d'enrichissement et d'estompage d'avance (a, f) peut être fixe car les injecteurs débitent le carburant directement sur les soupapes d'admission. Par contre, les temps de transfert du carburant entre l'injecteur et les soupapes d'admission étant beaucoup plus longs dans un système d'injection monopoint, la durée des créneaux d'enrichissement et d'estompage d'avance doit alors de préférence dépendre du point de fonctionnement du moteur, ce qui peut être réalisé par mémorisation, d'une cartographie spécifique dans le calculateur numérique d'avance et d'injection 6.
[0019] L'amplitude b du créneau d'enrichissement est de préférence inversement proportionnelle à la richesse nominale, c'est-à-dire au temps d'injection nominal, pour le point de fonctionnement considéré du moteur, tandis que la valeur e de l'estompage d'avance est de préférence proportionnelle à l'amplitude b du créneau d'enrichissement.
[0020] Le déphasage g entre le créneau d'enrichissement et le créneau d'estompage d'avance peut être soit fixe, soit fonction de la charge et du régime du moteur. Il en va de même pour la période de répétition d du processus d'enrichissement temporaire et pour le nombre de tours c au bout duquel on examine l'état de la sonde. Si a est fixe, c l'est de préférence également, mais si a dépend de la charge et du régime moteur, c peut soit dépendre des mêmes paramètres, soit être un nombre de tours prédéterminé comptabilisé à partir de la fin du créneau d'enrichissement.
[0021] Par ailleurs, la régulation par enrichissement et estompage d'avance temporaires décrite ci-dessus peut n'être effectuée que dans certaines zones de fonctionnement du moteur. On écartera de préférence ce type de régulation dans le domaine des charges élevées (mélange riche), des charges faibles (zones de décélération) et des faibles régimes (problèmes de stabilité). Cette régulation devra de préférence également être interdite pendant les fonctionnements en régime transitoire ou à froid à cause des coupures en décélération et des enrichissements en accélération et à froid qui peuvent être prévue et que la régulation décrite viendrait perturber.
[0022] L'organigramme de la figure 3 illustre précisément un mode de mise en oeuvre de l'invention qui écarte la régulation par enrichissement et estompage d'avance temporaires dans les zones de fonctionnement précitées. Dans cet exemple applicable à un système d'injection multipoints, les valeurs de a, c, d, f et g seront supposées fixes.
[0023] Après une phase initiale 20 qui marque le début du programme, quatre tests 21, 22, 23 et 24 sont effectués successivement pour déterminer les conditions de fonctionnement du moteur :
- le premier test 21 a pour objet de déterminer si le régime du moteur est stationnaire ou non ; dans l'affirmative on passe au test 22 et dans la négative à un test 25 ;
- le test 22 porte sur la valeur de la pression à l'admission du moteur ; si la pression est inférieure à une valeur Pmin (faibles charges) ou supérieure à une pression Pmax (fortes charges), on passe au test 25 ; dans le cas contraire on passe au test 23 ;
- test 23 : on compare le régime à une valeur de seuil "Régime min" ; si le régime est inférieur à ce seuil (faibles régimes), on passe au test 25 et dans le cas contraire au test 24 ;
- test 24 : il consiste à comparer la température d'eau de refroidissement du moteur fournie par le capteur 11 à un seuil T min ; si la température d'eau est inférieure à T min (fonctionnement à froid) on passe au test 25, et si elle est supérieure à Tmin on passe à l'étape 26 ;
- étape 26 : on incrémente un compteur de tours moteur d'une unité, compteur dont le contenu CPT est supposé avoir été initialisé à zéro à l'étape 20 lors de la première passe du programme ;
- l'étape suivante 27 est un test sur le contenu CPT du compteur de tours moteur ; si CPT est supérieur ou égal à N1 et inférieur à N1 + a, on passe à l'étape 28 qui assure un enrichissement temporaire. Autrement dit, on effectue un enrichissement pendant a tours moteur consécutifs décomptés Nl tours après la remise à zéro du compteur de tours CPT.
- Etape 28 : l'enrichissement effectué à chacun de ces a tours est de la forme :
TI = TIn + b = TIn (1 + x), où :
* TI est le temps d'injection engendré ;
* TIn est le temps d'injection nominal calculé en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur (au minimum pression et régime) et qui serait normalement engendré en l'absence d'enrichissement temporaire ;
* x est un coefficient exprimé en % et qui peut être soit fixe, soit fonction du point de fonctionnement du moteur (charge, régime).
- Après l'étape 28 ou en cas de réponse négative au test 27 on passe au test 29 qui concerne également le contenu CPT du compteur de tours ; si CPT est supérieur ou égal à N1 + get inférieur à N1 + g + f , on effectue à l'étape 30 un estompage ou réduction d'avance ; dans le cas contraire, on passe à un test 31.
- Etape 30 : l'estompage ou réduction d'avance est de la forme :
AV = AVn - e = AVn (1 - kx), où :
* AV : est l'angle d'avance à l'allumage engendré;
* AVn : est l'angle d'avance à l'allumage nominal calculé en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur (au minimum pression et vitesse) et qui serait normalement engendré en l'absence d'enrichissement temporaire ;
* x est le coefficient (%) servant au calcul-de l'enrichissement à l'étape 28 ;
* k est une constante de valeur prédéterminée.
- Après l'étape 30, on passe au test 31 qui porte toujours sur le contenu CPT du compteur de tours :
* si CPT = N1 + c , on passe à un test 32 pour déterminer si la sonde a changé d'état entre les tours moteur Nl et Nl + c ;
* si CPT ≠ N1 + c , on passe à un test 33.
- Test 32 :
* si la réponse à ce test est négative, c'est que le moteur fonctionne toujours en mélange
pauvre malgré l'enrichissement temporaire pratiqué aux tours N1 à N1 +a ; on commande
alors un faible enrichissement par augmentation du temps d'injection nominal. A cet
effet, on incrémente à l'étape 34 d'une unité le contenue d'un compteur (α étant initialisé
à zéro lors de la première passe du programme) et on calcule à l'étape 35 le temps
d'injection :
où
. TIn est le temps d'injection nominal engendré ;
. TIo est le temps d'injection de base déterminé par le calculateur à partir de sa cartographie adressable en fonction de la pression et du régime.
* Si la réponse au test 32 est positive, c'est au contraire que l'on est passé en mélange riche et l'on suscite un faible appauvrissement du dosage nominal en décrémentant α d'une unité à l'étape 36 et en calculant ensuite à l'étape 35 un nouveau temps d'injection nominal fonction de la nouvelle valeur de α.
[0024] A l'étape 33, on examine si le contenu CPT du compteur de tours moteur est égal à une valeur prédéterminée d, qui représente la période de répétition du processus d'enrichissement et d'estompage d'avance temporaire :
- dans la négative, on passe à la fin 37 du programme dans l'attente d'un nouveau déroulement de celui-ci au cycle moteur suivant ;
- dans l'affirmative, on réinitialise le contenu CPT du compteur de tours moteur à zéro à l'étape 38, puis on passe également à la fin 37 du programme.
[0025] Dans l'hypothèse où les conditions de fonctionnement du moteur n'autorisent pas le processus d'enrichissement et d'estompage d'avance temporaire, la réponse à l'un au moins des tests 21 à 24 est négative et l'on passe au test 25.
[0026] Ce test consiste à déterminer si le contenu CPT du compteur de tours moteur est compris entre N1 et N1 + c :
- dans la négative, on passe directement à la fin- 37 du programme ;
- dans l'affirmative, on réinitialise CPT à zéro à l'étape 39 puis on passe à la fin 37 du programme.
[0027] On constate qu'avec le procédé suivant l'invention, l'état de la sonde λ, utilisé comme critère de bouclage d'un système d'injection programmé pour fonctionner en mélange pauvre, est exploité de manière à faire tendre périodiquement le mélange engendré vers le rapport stoechiométrique. Il en résulte des modifications du temps d'injection de base programmé qui assurent un contrôle auto-adaptatif de la richesse nominale pour chaque point de fonctionnement du moteur programmé dans la cartographie du calculateur, ce qui permet de s'affranchir des variations de caractéristiques dues au vieillissement du moteur.