FR2914953A1

FR2914953A1 - Fuel oxidizer or fuel ratio adjusting method, involves generating control signal under constant integration speed, and generating control signal using different values and tapered chronological of integration speed

Info

Publication number: FR2914953A1
Application number: FR0706303A
Authority: FR
Inventors: Wolf Dieter Poehmerer
Original assignee: Continental Automotive France SAS
Current assignee: Continental Automotive France SAS
Priority date: 2007-09-10
Filing date: 2007-09-10
Publication date: 2008-10-17

Abstract

The method involves evaluating a ratio of a fuel or fuel oxidizer by a nernst signal, and transmitting the nernst signal in a closed loop that generates a control signal (FLAM) based on the nernst signal. The control signal is generated under constant integration speed, during a time interval between binary swinging states of the nernst signal. The control signal (FLAM) is generated using different values and tapered chronological of the integration speed, during the interval time and after one of the binary swinging states.

Description

La présente invention concerne un procédé de régulation d'un mélangeThe present invention relates to a method for regulating a mixture

carburant/comburant dans une chambre de combustion. Afin de pouvoir contrôler l'injection d'un carburant dans une chambre de combustion telle que pour un moteur à combustion interne, il est commun d'utiliser une régulation qui comprend au moins une sonde binaire de type Lambda et dont le signal de sortie permet d'évaluer si le rapport carburant/comburant est dit "pauvre" ou "riche". En d'autres termes, la sonde binaire de type Lambda permet à moindre coût de délivrer un état d'information sur la richesse du mélange carburant/comburant et donc est un moyen de régulation de l'apport du carburant dans la chambre de combustion. fuel / oxidizer in a combustion chamber. In order to be able to control the injection of a fuel into a combustion chamber such as for an internal combustion engine, it is common to use a regulation which comprises at least one Lambda-type binary probe and whose output signal enables to evaluate whether the fuel / oxidant ratio is said to be "poor" or "rich". In other words, the Lambda-type binary probe makes it possible, at a lower cost, to provide a state of information on the richness of the fuel / oxidant mixture and is therefore a means of regulating the supply of fuel into the combustion chamber.

La Figure 1 représente un dispositif simplifié pour lequel le procédé précédent est applicable. A l'entrée d'une chambre de combustion CC, un injecteur INJ couplé à une alimentation électronique de contrôle ETC permet d'enrichir (ou par extension d'appauvrir) le mélange en carburant et donc de modifier le rapport carburant/comburant dans la chambre de combustion CC. Une sortie de la chambre de combustion est prévue afin de diriger les gaz issus de la combustion ou toute émission de post-combustion vers un catalysateur CAT. En amont du catalysateur CAT, une sonde binaire de type Lambda LAM est positionnée au niveau de la sortie de la chambre de combustion CC afin de mesurer l'état du mélange carburant/comburant (symbolisé par un signal p/r par la suite) sortant de ladite chambre de combustion CC. Cet état est ainsi transmis via un signal de sortie p/r de la sonde à une unité de commande-moteur CTRL qui peut alors, suivant un besoin d'enrichissement en carburant, activer l'injecteur INJ pour une injection de carburant ou non si un appauvrissement en carburant est requis. Cette commande-moteur CTRL joue donc le rôle d'une boucle de régulation entre la sortie et l'entrée de la chambre de combustion, plus précisément entre la sonde Lambda LAM et l'injecteur INJ. Figure 1 shows a simplified device for which the above method is applicable. At the inlet of a combustion chamber CC, an injector INJ coupled to an electronic control feed ETC makes it possible to enrich (or by extension to deplete) the mixture with fuel and thus to modify the ratio fuel / oxidizer in the CC combustion chamber. An exit from the combustion chamber is provided to direct combustion gases or any post-combustion emissions to a CAT catalyst. Upstream of the CAT catalyst, a binary Lambda LAM type probe is positioned at the outlet of the combustion chamber CC in order to measure the state of the fuel / oxidant mixture (symbolized by a signal p / r thereafter) of said combustion chamber CC. This state is thus transmitted via an output signal p / r of the probe to a motor control unit CTRL which can then, according to a need for fuel enrichment, activate the injector INJ for a fuel injection or not if depletion of fuel is required. This CTRL motor control therefore plays the role of a control loop between the outlet and the combustion chamber inlet, more precisely between the Lambda LAM probe and the INJ injector.

La commande-moteur CTRL délivre ainsi un signal de contrôle fLAM permettant d'adapter le taux d'injection de carburant autour d'un seuil prédéfini pour une combustion donnée. Ainsi, le signal de contrôle permet par exemple une adaptation dans un domaine de Al- 10% autour du seuil de base lié à une combustion optimale. Le signal de contrôle fLAM joue donc le rôle d'un signal de modulation de la combustion. The engine control CTRL thus delivers a control signal fLAM for adapting the fuel injection rate around a predefined threshold for a given combustion. Thus, the control signal allows for example an adaptation in a range of Al-10% around the base threshold linked to optimal combustion. The control signal fLAM thus plays the role of a modulation signal of the combustion.

Plus précisément, tel que la figure 2 le montre, un procédé connu de régulation du rapport carburant/comburant dans une chambre de combustion (ou de ses émissions en sortie) peut être décrit de la façon suivante: -le rapport carburant/comburant est évalué au moyen d'un signal de sortie p/r (aussi nommé signal de Nernst ) provenant d'au moins une sonde binaire de type Lambda et mesurant le dit rapport suivant deux états binaires : "appauvri" ou "enrichi", - le signal de sortie p/r est transmis dans une boucle de régulation qui, en fonction du signal de sortie p/r, génère un signal de contrôle fLAM destiné à adapter 5 l'injection de carburant dans la chambre de combustion, - pendant un intervalle de temps entre deux états binaires de bascule du signal de sortie p/r, le signal de contrôle fLAM est généré sous une vitesse d'intégration constante (ou à courts intervalles de temps réguliers entre les deux états de bascule), de façon à ce que le signal de contrôle fLAM possède une composante intégrante 10 I = 11, 12 (aussi nommée I-share ) à pente constante qui réponde à un enrichissement (cas où I = 11, pendant une durée t3 - t0) ou un appauvrissement (cas où 1 = 12) en carburant dans le mélange carburant-comburant. La composante d'intégration I a donc un effet technique majeur sur la régulation du rapport carburant/comburant. Afin de mieux comprendre la corrélation entre le signal de contrôle fLAM et le 15 signal de sortie binaire p/r en sortie de la sonde-Lambda, la figure 2 expose leurs profils respectifs selon un axe des temps commun et durant plusieurs cycles (ou intervalles de temps) correspondant à l'injection ou non en carburant et donc à un enrichissement ou un appauvrissement du rapport carburant/comburant. La partie intégrante I de pente constante du signal de contrôle fLAM est représentée pour une première injection de 20 carburant, après et jusqu'à ce que le signal de la sonde Lambda p/r indique que le mélange était et reste dans un état pauvre TOO_P en carburant (cas 1 = 11 pendant une durée t3 - t0). La vitesse d'intégration liée à la composante intégrante I du signal de contrôle fLAM est donc fixée (ou constante) de façon à être adaptée pour obtenir un apport continu en carburant dans un tel intervalle de temps donné. A l'inverse, le signal de 25 la sonde Lambda p/r peut indiquer un état enrichi en carburant TOO_R auquel cas les étapes précédentes d'apport en carburant seront bloquées durant un nouveau cycle. Le signal de contrôle fLAM possède aussi d'autres caractéristiques techniques qui, principalement dans le cadre de cette invention, ne seront pas abordées pour des raisons de clarté. A titre d'exemple succinct, il peut aussi comprendre des états 30 transitoires (entre deux états de bascule binaires du signal de sortie du type p/r de la sonde Lambda) qui peuvent s'avérer abrupts (pics à forts gradients). Ceci peut perturber le profil de combustion, par exemple par augmentation de la consommation de carburant ou inversement par insuffisance en apport de carburant. Contre ces sauts (aussi nommés Pjump ), un état de la technique WO 2006/040236 propose de compenser ces états 35 transitoires abrupts par des contre-états de transition dynamiquement adaptée. Concernant la composante intégrante I à l'opposé des sauts précédents, aucun aspect d'optimisation dynamique ne semble encore avoir être apporté à la vue d'une combustion idéale, en particulier pour que le catalysateur traite le bon taux des émissions de post-combustion. A l'inverse de sondes Lambda de type proportionnel ou linéaire qui offrent un ajustement affiné autour d'un point de fonctionnement souhaité pour la combustion, la sonde binaire de type Lambda ne délivre ainsi que les deux états d'enrichissement TOO_R ou d'appauvrissement TOO_P du mélange carburant/comburant. Toutefois, l'invention propose d'éviter l'usage d'une sonde Lambda de type proportionnel ou linéaire qui s'avère plus coûteuse qu'une sonde binaire. Un but de la présente invention est de permettre, au moyen d'au moins une simple sonde Lambda binaire, une régulation dynamique d'un mélange carburant/comburant dans une chambre de combustion, en particulier entre deux états de bascule et opposés issus de ladite sonde Lambda. Ce but est atteint grâce à un procédé de régulation d'un rapport carburant/comburant dans une chambre de combustion, selon lequel : - le rapport carburant/comburant est évalué au moyen d'un signal de sortie (signal de Nernst) d'au moins une sonde binaire de type Lambda mesurant ledit rapport, - le signal de sortie est transmis dans une boucle de régulation qui, en fonction du signal de sortie, génère un signal de contrôle destiné à adapter (ou corriger) une 20 injection d'une quantité de carburant dans la chambre de combustion, - pendant un intervalle de temps compris entre deux (un premier et un deuxième, opposé au premier) états binaires de bascule du signal de sortie, le signal de contrôle est généré sous une vitesse d'intégration constante, de façon à ce que le signal de contrôle possède une composante intégrante constante et, 25 - en adaptant ledit procédé tel que pendant l'intervalle de temps, et brièvement après un premier état de bascule du signal de sortie, le signal de contrôle est généré au moyen d'au moins deux valeurs différentes et chronologiquement décroissantes de la vitesse d'intégration, la régulation d'un mélange carburant/comburant pour une chambre de combustion peut ainsi être dynamiquement contrôlée. 30 En d'autres termes, pour une phase d'enrichissement (cas I = 11 de la figure 2), la vitesse d'intégration est choisie suffisamment élevée au départ de l'état de bascule de dite phase d'enrichissement, puis est réduite à partir d'un laps de temps situé dans la dite phase. Ceci permet de pouvoir augmenter considérablement l'apport en carburant dès le début de la phase d'enrichissement. Ainsi, le mélange carburant/comburant est enrichi de 35 façon plus dynamique par rapport à un procédé pour lequel la composante intégrante a une pente constante entre deux états de bascule (dit intervalle de temps). More specifically, as shown in FIG. 2, a known method for regulating the fuel / oxidant ratio in a combustion chamber (or its exhaust emissions) can be described as follows: the fuel / oxidizer ratio is evaluated by means of an output signal p / r (also called Nernst signal) from at least one Lambda-type binary probe and measuring said ratio according to two binary states: "depleted" or "enriched", - the signal The output signal p / r is transmitted in a control loop which, as a function of the output signal p / r, generates a control signal fLAM for matching the injection of fuel into the combustion chamber, during an interval of time between two flip-flops of the output signal p / r, the fLAM control signal is generated at a constant integration speed (or at short regular time intervals between the two flip-flop states), so that the cont signal role fLAM has an integral component 10 I = 11, 12 (also called I-share) with a constant slope that responds to an enrichment (case where I = 11, for a duration t3 - t0) or a depletion (case where 1 = 12 ) in fuel in the fuel-oxidant mixture. The integration component I therefore has a major technical effect on the regulation of the fuel / oxidant ratio. In order to better understand the correlation between the control signal fLAM and the binary output signal p / r at the output of the Lambda probe, FIG. 2 shows their respective profiles along a common time axis and during several cycles (or intervals of time) corresponding to the fuel injection or not and thus to an enrichment or a depletion of the fuel / oxidant ratio. The integral constant slope part I of the fLAM control signal is shown for a first fuel injection, after and until the signal from the Lambda probe p / r indicates that the mixture was and remains in a poor state TOO_P in fuel (case 1 = 11 for a period t3 - t0). The integration speed related to the integral component I of the fLAM control signal is therefore fixed (or constant) so as to be adapted to obtain a continuous supply of fuel in such a given time interval. Conversely, the signal from the Lambda probe p / r may indicate a fuel enriched state TOO_R in which case the previous fueling steps will be blocked during a new cycle. The control signal fLAM also has other technical characteristics which, mainly in the context of this invention, will not be discussed for the sake of clarity. By way of a brief example, it may also include transient states (between two binary flip-flop states of the p / r output signal of the Lambda probe) which may be steep (high gradient peaks). This can disrupt the combustion profile, for example by increasing fuel consumption or conversely by insufficient fuel supply. Against these jumps (also called Pjump), a state of the art WO 2006/040236 proposes to compensate for these abrupt transient states by dynamically adapted transition states. With regard to the integral component I, as opposed to the previous jumps, no dynamic optimization aspect seems to have yet been brought to the view of an ideal combustion, in particular so that the catalyst processes the correct rate of post-combustion emissions. . In contrast to proportional or linear Lambda probes that offer a refined adjustment around a desired operating point for combustion, the Lambda-type binary probe thus delivers only the two enrichment states TOO_R or depletion TOO_P of the fuel / oxidant mixture. However, the invention proposes to avoid the use of a Lambda probe proportional or linear type which is more expensive than a binary probe. An object of the present invention is to enable, by means of at least a simple binary Lambda probe, a dynamic regulation of a fuel / oxidant mixture in a combustion chamber, in particular between two rocker and opposite states resulting from said Lambda probe. This object is achieved by a method of controlling a fuel / oxidizer ratio in a combustion chamber, according to which: the fuel / oxidant ratio is evaluated by means of an output signal (Nernst signal) of less a Lambda-type binary probe measuring said ratio, the output signal is transmitted in a control loop which, depending on the output signal, generates a control signal for adapting (or correcting) an injection of a quantity of fuel in the combustion chamber, - during a time interval between two (a first and a second, opposite the first) flip-flop states of the output signal, the control signal is generated at an integration rate constant, so that the control signal has a constant integral component and by adapting said method such as during the time interval, and briefly after a first signaling state of the signal. 1, the control signal is generated by means of at least two different and chronologically decreasing values of the integration speed, the control of a fuel / oxidant mixture for a combustion chamber can thus be dynamically controlled. In other words, for an enrichment phase (case I = 11 of FIG. 2), the integration speed is chosen to be sufficiently high starting from the flip-flop state of said enrichment phase, and then is reduced from a lapse of time in the said phase. This makes it possible to significantly increase the fuel supply from the beginning of the enrichment phase. Thus, the fuel / oxidant mixture is more dynamically enriched with respect to a process for which the integral component has a constant slope between two flip-flop states (so-called time interval).

Afin de pouvoir mettre en oeuvre le présent procédé de régulation, il est donc simplement possible, pendant un premier domaine de l'intervalle de temps très bref, d'accroitre la vitesse d'intégration puis, dans un deuxième domaine de l'intervalle de temps, de la filtrer grâce à un filtre passe-bas pour à nouveau réduire la pente de la composante intégrante. Dans la pratique, il est imposé une valeur de la vitesse d'intégration suffisamment élevée dès le premier état de bascule atteint, qui pourra par la suite (dans l'intervalle de temps) être réduite selon l'invention. A ces fins, pendant un domaine de l'intervalle de temps, la vitesse d'intégration peut être avantageusement réduite par états successifs qui sont par exemple pré- définissables suivant un profil de combustion déterminé au moyen de mesures ou de calibrations. Afin de simplifier cet étagement pendant l'intervalle de temps, un nombre maximum d'états pour réduire la vitesse d'intégration est fixé à l'avance. Ceci évite en particulier toute instabilité de la régulation tout en assurant des phases dynamiques de celle-ci. In order to be able to implement the present regulation method, it is therefore simply possible, during a first domain of the very short time interval, to increase the speed of integration and then, in a second domain of the time interval, time, filter it through a low-pass filter to again reduce the slope of the integral component. In practice, a sufficiently high value of the integration speed is imposed from the first reached latch state, which can subsequently (in the time interval) be reduced according to the invention. For these purposes, during a range of the time interval, the integration speed can be advantageously reduced by successive states which are, for example, pre-definable according to a determined combustion profile by means of measurements or calibrations. In order to simplify this staging during the time interval, a maximum number of states to reduce the integration rate is set in advance. This avoids in particular any instability of the regulation while ensuring dynamic phases thereof.

II est toutefois possible pendant l'intervalle de temps, de réduire la vitesse d'intégration suivant un profil continu, à l'inverse de l'étagement précédemment mentionné. Une combinaison de ces deux méthodes est également possible à des fins d'optimisation de la dynamique. Il est aussi prévu que, avant la fin de l'intervalle de temps d'un enrichissement et au moins jusqu'à ce que un état final de basculement opposé (vers une phase d'appauvrissement en carburant) du signal de sortie soit atteint, la réduction de la vitesse d'intégration soit bloquée ou arrêtée à une valeur fixe. Ainsi, la composante intégrante peut, dans un deuxième domaine final de l'intervalle de temps, revenir à un profil à pente constante afin de ne pas trop ralentir les dernières étapes d'un cycle d'enrichissement. However, it is possible during the time interval to reduce the integration speed in a continuous pattern, unlike the previously mentioned step. A combination of these two methods is also possible for dynamic optimization purposes. It is also expected that before the end of the time period of enrichment and at least until a final state of tilting opposite (towards a phase of depletion of fuel) of the output signal is reached, the reduction of the integration speed is blocked or stopped at a fixed value. Thus, the integral component may, in a second end domain of the time interval, return to a constant slope profile so as not to slow down the last stages of an enrichment cycle too much.

Suivant l'exemple d'un cycle d'enrichissement, la durée usuelle est donc avantageusement réduite, ce qui permet de minimiser, a fortiori, toute insuffisance de conversion catalytique des émissions issues de la chambre de combustion. Grâce à l'invention, la dynamisation (par accélération de l'enrichissement) de la partie intégrante s'avère donc particulièrement avantageuse pour minimiser cet inconvénient. Following the example of an enrichment cycle, the usual duration is therefore advantageously reduced, which allows to minimize, a fortiori, any lack of catalytic conversion of emissions from the combustion chamber. Thanks to the invention, the dynamization (by acceleration of the enrichment) of the integral part is therefore particularly advantageous to minimize this disadvantage.

Des exemples de réalisation et d'application sont fournis à l'aide d'une figure. La figure 3 est principalement identique à la Figure 2 afin de représenter le signal de contrôle fLAM de l'injecteur INJ de la Figure 1 en fonction du temps t. Une première phase d'enrichissement est engagée à partir du temps t0, pour laquelle, au niveau de l'activation Act de la sonde Lambda (premier état de bascule du signal de sortie plr), la vitesse d'intégration du signal de contrôle fLAM est choisie suffisamment élevée de façon à pouvoir être réduite dans un domaine ultérieur de l'intervalle de temps (ici continuellement) jusqu'à une certaine valeur prédéfinie correspondant elle-même à un deuxième temps t1. Entre les deux temps tO, t1, la composante intégrante I = 111 a donc une pente relativement plus élevée que celle de la Figure 2 pour I = 11, puis la pente est progressivement réduite jusqu'au deuxième temps t1. Examples of implementation and application are provided using a figure. FIG. 3 is mainly identical to FIG. 2 in order to represent the control signal fLAM of the injector INJ of FIG. 1 as a function of time t. A first enrichment phase is initiated from the time t0, for which, at the activation level Act of the Lambda probe (first state of flip-flop of the output signal plr), the integration speed of the fLAM control signal is chosen sufficiently high so that it can be reduced in a subsequent domain of the time interval (here continuously) to a certain predefined value itself corresponding to a second time t1. Between the two times t0, t1, the integral component I = 111 therefore has a relatively higher slope than that of Figure 2 for I = 11, then the slope is gradually reduced to the second time t1.

Dans le premier domaine tl - t0 de l'intervalle de temps pour un cycle d'enrichissement, une alternative très simple de réalisation pourrait aussi consister à utiliser successivement deux valeurs décroissantes de la vitesse d'intégration du signal de contrôle fLAM. Ceci provoquerait un abaissement étagé de la pente de la composante intégrante I = 111 correspondante. In the first domain tl-t0 of the time interval for an enrichment cycle, a very simple alternative could also consist in successively using two decreasing values of the integration speed of the fLAM control signal. This would cause a stepped lowering of the slope of the corresponding integral component I = 111.

A partir du deuxième temps t1, la réduction de la vitesse d'intégration est arrêtée, ce qui a pour conséquence de ramener la composante intégrante I = 112 à une fonction linéaire du temps t jusqu'à un nouveau basculement du signal de sortie de la sonde Lambda à un troisièrne temps t2. Le deuxième temps t1 est donc significatif d'une transition linéaire Trans_lin du signal de contrôle fLAM dans le procédé de régulation. Afin de pouvoir mieux apprécier un effet technique majeur de l'invention selon la figure 3, la composante intégrante I = 11 de la figure 2 y a aussi été représentée pour une phase d'enrichissement en carburant usuellement effectuée entre les deux temps tO et t3. En comparant les durées respectives des phases d'enrichissement 1 = 11 et I = 111 + 122, il ressort clairement que la durée t2 - tO de la phase selon figure 3 est considérablement réduite vis-à-vis de celle t3 - tO de la figure 2. Ainsi, durant un cycle d'enrichissement, un gain de temps Reduc fort avantageux pour la régulation du rapport carburant/comburant pour une chambre de combustion a été dynamiquement apporté. Afin de pouvoir atteindre cette dynamique de régulation, la commande-moteur CTRL selon la figure 1 sert ainsi de récepteur pour obtenir le signal de sortie p/r de la sonde binaire de type Lambda et comprend un moyen de variation dynamique de type trigger modulable temporellement pour émettre son signal de sortie fLAM qui permet ou non une injection plus affinée de carburant. From the second time t1, the reduction of the integration speed is stopped, which has the consequence of reducing the integral component I = 112 to a linear function of the time t until a new switching of the output signal of the Lambda probe at a third time t2. The second time t1 is therefore significant of a linear Trans_lin transition of the fLAM control signal in the control method. In order to better appreciate a major technical effect of the invention according to FIG. 3, the integral component I = 11 of FIG. 2 has also been represented for a fuel enrichment phase usually carried out between the two times t0 and t3. . By comparing the respective durations of the enrichment phases 1 = 11 and I = 111 + 122, it is clear that the duration t2-t0 of the phase according to FIG. 3 is considerably reduced with respect to that t3-t0 of FIG. Thus, during an enrichment cycle, a very advantageous Reduc time saving for regulating the fuel / oxidant ratio for a combustion chamber has been dynamically provided. In order to be able to reach this control dynamic, the motor control CTRL according to FIG. 1 thus serves as a receiver for obtaining the output signal p / r of the Lambda type binary probe and comprises a temporally modulable trigger type dynamic variation means. to emit its fLAM output signal which allows or not a more refined injection of fuel.

Claims

1. A method for controlling a fuel / oxidant ratio in a combustion chamber comprising the following steps: the fuel / oxidant ratio is evaluated by means of an output signal (p / r) of at least one binary probe of the Lambda type (LAM) measuring said ratio, - the output signal (p / r) is transmitted in a control loop which, as a function of the output signal (p / r), generates a control signal (fLAM) adapted to adapt an injection of a quantity of fuel into the combustion chamber, - during a time interval between a first and a second flip-flop state of the output signal (p / r), the control signal (fLAM ) is generated at a constant integration rate, so that the control signal (fLAM) has a constant integral component (I), characterized in that during the time interval and briefly after a first state of flip-flop of the output signal (p / r), the control signal (fLAM) is generated by means of at least two different and chronologically decreasing values of the integration rate.

2. Method according to claim 1, wherein at the level of the first latch state, the integration speed of the control signal (fLAM) is chosen sufficiently high so that it can subsequently be reduced in a subsequent domain of the interval of time. 20

3. The method of claim 2, wherein in the subsequent domain of the time slot, the integration rate is low-pass filtered.

4. Method according to one of claims 1 to 3, wherein during a first domain of the time interval, the integration speed is reduced by successive states.

The method of claim 3, wherein during the time interval a maximum number of states is set to reduce the integration rate.

6. Method according to one of claims 1 to 3, wherein during the time interval, the integration speed is reduced in a continuous profile.

The method according to one of the preceding claims, wherein before the end of the time interval and at least until a final state of change of the output signal (p / r) is reached, a reduction of the integration speed is stopped.