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P~OCEDE DE COr~RECTION DE LA RIC}IESSE D'UN MELANGE
AIR-CA~BlJR~NI Al)MIS DANS UN I~SOTEUR A COMBUSTION
_ _ .. ..
INTERNE, A INJECTION ELECTRO~IIQUR
L' invention concerne un procédé pour corriger la richesse d' un m élange
10 air-carburant admis dans un moteur à com bustion interne, à ir~ection
électronique du type pression--vitesse, dans le but de m aintenir constante
la richesse en fonction de la tem pérature d' air entrant dans les cylindres
et quels que soient le régim e et la pression dans le collecteur
d' admission.
Pour un m oteur à ir~jection du type pression-vitesse qui co m portel un
calculateur électronique de com mande d'ouverture des inJecteurs mais
dépourvu d' une sonde de m esure de la richesse des ga~ d' échappe m ent
perm ettant d' asservir la richesse du m élange à l' ad mission à celle-ci, des
difficultés apparaissent lors de la mise au point de la correction de
richesse en fonction de la température d'air. On constate notam ment une
évolution de la richesse lors de régim es ralentis prolongés.
Une étude de l'influence de certains paramètres tels que la température
25 d'eau du moteur, la pression dans le co11ecteur d'admission ou le régime
m oteur, sur le réchauffe m ent d' air à l' ad mission entre l' endroit de sa
mesure de température par une sonde placée en amont du papillon et les
soupapes a permis d'obtenir une loi de réchauffement de l'air éliminant
les inconvénients précités.
Le but de l' invention est de corriger la richesse du m élange air-carburant
à l' admission pour qu' elle soit constante en fonction de la tem pérature
réelle de l' air entrant dans les cylindres.
Pour cela, l' ob~et de l'invention est un procédé de correction de la
35 richesse d'un mélange air-carburant admis dans un moteur à combustion
interne à ir~ection électronique du type pression-vitesse, pour obtenir une
richesse constante en fonction de la tem pérature d' air entrant dans les
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cylindres, quels que soient le r~gim e et la pres~ion co11ecteur, le m oteur
étant doté d'un calculateur électronique commandant le temps d'ouverture
Ti d~s ir~ecteurs, une i~onde de température placée en amont du papi110n
5des ga~ et une sonde de tem pérature d' eau du m oteur, caractérisë en ce
que la correction est du type m ultiplicative, de la ~orm e :
Ti = Tinom(l + air)
avec:
a~air = ~(T~ )
T~ k(TeaU - T)
k - k1(N) ~ k2 (P) ~ k3
où:
- T' = tem pérature de 1' air entrant réellem ent dans les cylindres ;
- T = tem pérature de 1' air m esurée par le calculateur;
Teau = température d'eau du moteur;
- k1 e9t un coefficient fonction du régime moteur, obtenu par
interpolation dans une table de x polnts;
- k2 est un coefficient représentant l'influence de la pression collecteur,
obtenu par interpolatlon linéaire dans une table à x points;
- k3 est un coefficient constant caractéristique de 1' ad m ission
m oteur ;
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air est le term e de correction de la richesse en rOnction de la
te m pérature de l' air.
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D' autres caractéristiques et avantage3 de 1' invention apparaîtront à la
lu m ière de la description qui suit, iUustrée par les figures suivantes
représentant:
- la ffgure 1 : l'implantation des thermocouples sur le moteur,
pour la vérification de la loi de réchauffem ent
de la te m pérature d' air
~ la figure ? les variations du coefficient k en fonction de la
pression collecteur;
- les Yigures 3a et 3b : évolution de certains para m ètres du m oteur équipé d' une sonde ~ pour un bouclage à
richesse 1 respectivement sans et avec la
nouvelle loi de réchauffem ent.
Com me cela a été dit auparavant, la correction de la richesse du
mélange air-essence, réalisée actuellement dans un système d'in,iection de
type pression-vitesse, en fonction de la tem pérature d' air utilise la
mesure de cette température par une sonde placée en amont du boîtier
papillon. Or, on a constaté que cette correction était inadaptée pour
certains points de fonctionnement du moteur, notam ment lorsque l'air
subissait un réchauffement entre le papiUon et les soupapes~ Le problème
technique vient du fait que la sonde de m esure de la tem pérature d' air
ne délivre pas la te m pérature réelle de l' air entrant dans les cylindres.
Entre le papillon et les soupapes d' ad mission, l' air se trouve réchauffé
par les parois de la tubulure d' admission. Un échange thermique
3 s' ef~ectue entre l' air circulant dans la tubulure et les parois et, de ~a,con
théorique, on peut dire que la tem pérature de l' air en entrée du
collecteur d'admission subit une élévation en f`onction de la température
des parois~ de la pression de l' air dans le collecteur et du régi m e m oteur
selon lesquels d~pend la quantité d' air ad mise.
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Selon ~ invention, la tem pérature T' de lt air admis dans les cylindres du
m ote~r- est de la form e
T' = T ~ k (TeaU - T)
avec:
k = k1(N~ + k2 (P) ~ k3 ~ k, 1
T étant la te m pérature m esurée par la sonde placée en a m ont du
papillon,
TeaU étant la te m pérature de 1' eau du m oteur,
kl étant un coefficient fonction du régim e m oteur,
20 k2 étant un coefficient représentant l'influence de la pression collecteur,
k3 étant un coef~icient caractéristique de 1' admission m oteur.
Sur la figure 1 est représentée rimplantation de thermocouples sur le
circuit d' ad m ission du m oteur placés au plus près des soupapes pour
vérifier la justesse de la formule de la température ainsi calculée. La
te m pérature T de 1' air extérieur est donnée par une sonde 1 en a m ont du
papillon 2. Un thermocouple 3 placé au centre du conduit d'admission, en
aval du papillon et près de la culasse 4, permet de comparer la
tem pérature d' air T m esur~e par le c~lculateur avec celle qu' il délivre et
- qui est très proche de celle de 1' air entrant dans la culasse. Un
therm ocouple 5 perm~et de v~rifier que la tem pérature de la paroi du
circuit d' admission est très proche de celle de 1~ eau TeaU donnée par une
sonde de température d'eau. On vérifie notamment que pour des rëgimes
et des pressions élevés, la tem pérature de l' air entrant réel1em ent dans
les cylindres est très proche de celle de r air extérieur au véhicule. C ela
s'explique par le fait que l'air admis n'a pas le temps de se réchauffer
le long des parois, son dé~it étant grand. Par contre, pour le ralenti
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du m oteur, la tem pérature réeUe de 1' air entrant par les soupapes est
voisine de la te m pérature de l' eau de refroidi~3se m ent du m oteur.
Crâce aux sondes et thermocouples placés sur le circuit d'admission d'air
du moteur, on a déduit les valeurs du coefficient k. On peut remarquer
que, pour un régim e N donné, k est une fonction linéaire de la pression.
Crâce à ce nouveau calcul de la température de l'air réellement admis,
il est possible de réaliser une régulation de richesse du m élange
air carburant qul ne préctente pas de dérive à certains points de
fonctionnement du moteur. En introduisant cette loi de réchauffement de
1' air entre le bo;tier papillon et les soupapes, dans le calculateur
~lectronique d'ir~jection, on corrige la richesse de fac,on à la maintenir
constante en fonction de la tem pérature d' air. Pour cela, le calculateur
com mande un temps d'ouverture Ti des in~ecteurs de la forme:
Ti = Ti" (1 ~ a~ air
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avec:
f (T' )
T' = T ~ k(TeaU ~ T) (2)
k = k1(N) ~ k2 (P) ~ k3 (3)
où:
- Tin est le temps nominal d'ouverture calculé classiquement en fonction
des paramètres principaux et auxiliaires de fonctionnement du moteur;
~ ~air est le term e de correction de la richesse en fonction de la
te m pérature d' air.
.
Ce procédé de correction de la richesse a l' avantage d' être aisément
appliqué par le calculateur d'irJection, puisqu'il s'agit d'un calcul ~inéaire
à partir d'in~ormations présentes dans le calculateur d'iruection
(tem pératures d' air et d' eau, régim e m oteur, pression).
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- 6 --
L' invention peut égale m ent s' appliquer à un m oteur à injection
électronique à ré~ulation par sonde La m bda. C ette régulation en boucle
ferm~e de l'injection permet d'asservir la riches~se du mélange
air-carburant admis dans le moteur autour du rapport stoechlométrique
(A = 1), qui est une condition indispensable à la combustion satisfaisante
des po~uants par un catalyseur. Le bon fonctionne m ent de celui-ci
nécessite une régulation précise et rapide du m élange. Le procédé de
correction de la richesse selon l'invention permet d'obtenir cette précision
et cette rapidité. Exp~rimentalement, le moteur étant équipé d'une
sonde La m bda et un bouclage à la richesse 1 étant eff`ectué au ralenti,
sans autre correctlon de richesse, on peut observer l' évolution du
coefficient de bouclage C~cl:
- durant la montée en température de l'eau de refroidissement du moteur
TeaU de 0C à 90C;
- à te m pérature d' eau TeaU constante, te m pérature d' air extérieur T
variable de 0 C à 20 C
- à température d'air T constanLe, température d'eau TeaU variable,
On re m arque que le coefficient de bouclage c~cl reste constant lorsque la
te m pérature d' air extérieur varie, ce qui justifie l' utilisation d' une
constante de température d'air au ralentl sur certains moteurs, et que ce
coefficient c~cl évolue par contre avec la te m pérature d' eau du m oteur.
On en c~nclut alors premièrement que la température de l'air entrant
dans le m oteur au ralenti est voisine de la te m pérature d' eau du m oteur
et ne d~;pend donc pas de la te m pérature de 1' air extérieur - on peut
donc chc,isir k = 1 au ralenti - et deuxiè m e m ent que l' évolution du
coefficient de bouclage ~cl durant la montée en température de l'eau du
m oteur correspond à la correction de richesse en fonction de la
te m pérature de 1' air.
Sur la figure 3a, sont représentés en fonction du te m ps t, la te m pérature
d'eau TeaU de refroidissement du moteur (courbe A), la température d'air
T ext~-rleur (courbe B), le coefficient ~ de bouclage c~cl (courbe C) et le
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coefficient de correcl;ion de richesse aair en fonction de la te m pérature
de l' air (courbe ~), sans application du procédé de correction selon
l' invention. En ayant choisi k = 1 puisque le m oteur est au ralenti et
avec une richesse égale à 1 en raison de la sonde )~, on voit que le
coefficient t~cl est fonction de la te m pérature d' eau TeaU et qu' il décroit
quand cette dernière aug m ente. En introduisant cette loi de correction
sans bouclage par sonde ~, c' est-à-dire en faisant varier le coefficient
aair en fonction de la température d'air com me variait aC1 en fonction
de TeaU sur la figure 3a, et en restant dans les conditions du ralenti, on
observe que le coefficient de bouclage aCl reste constant au ralenti
depuis le dé m arrage du m oteur et cela quelle que soit la durée du
ralenti. Ceci est représenté sur la figure 3b référencée com me la figure
3a.
Ainsi, lorsque k 1 au ralenti, il est possible de conna;tre la loi
aair = f(T' ) de correction de richesse, loi unique si on considère que T'
est la te m pérature d' air réelle entrant dans les cylindres. La connaissance
de cette loi de correction de richesse permet d'identifier le coefficient k
pour chaque point de fonctionnement du moteur, sans nécessité de
thermocouples à disposer en certains points du moteur, et donc les
coefficients k1, k2 et k3-
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