EP4402354A1 - Procede de pilotage d'un ensemble thermique de vehicule automobile - Google Patents

Procede de pilotage d'un ensemble thermique de vehicule automobile

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EP4402354A1
EP4402354A1 EP22754480.6A EP22754480A EP4402354A1 EP 4402354 A1 EP4402354 A1 EP 4402354A1 EP 22754480 A EP22754480 A EP 22754480A EP 4402354 A1 EP4402354 A1 EP 4402354A1
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EP
European Patent Office
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catalyst
oxygen
richness
control
stimulated
Prior art date
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Pending
Application number
EP22754480.6A
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German (de)
English (en)
Inventor
Cyril TRAVAILLARD
Frederic Dambricourt
Mathieu BOLZER
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Stellantis Auto SAS
Original Assignee
Stellantis Auto SAS
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
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    • F02D41/0295—Control according to the amount of oxygen that is stored on the exhaust gas treating apparatus
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    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08—Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0814—Oxygen storage amount

Definitions

  • the technical context of the present invention is that of motor vehicle heat engines.
  • the invention relates to a method for controlling a motor vehicle thermal assembly, as well as a control unit and a motor vehicle.
  • a thermal assembly comprises an engine block formed, for example, of an internal combustion engine and, optionally, of a turbocharger and a catalyst fluidly connected to the engine block via an exhaust line for the exhaust gases from the engine block.
  • the engine block makes it possible to produce mechanical energy used to move the motor vehicle forward, by burning fuel stored in a tank of the motor vehicle. During this combustion, the exhaust gases are cooled and evacuated via the exhaust line.
  • the catalyst placed on the exhaust line downstream of the engine block, relative to the propagation of exhaust gases, makes it possible to limit the emission of polluting gases.
  • the catalyst is the site of chemical reactions.
  • thermal assemblies are known in particular comprising a first oxygen sensor - called the upstream sensor - configured to measure a quantity of oxygen present in the exhaust gases coming from from the engine block and in the direction of the catalyst, and a second oxygen sensor - called the downstream sensor - configured to measure the quantity of oxygen present in the exhaust gases extracted from the catalyst.
  • a first oxygen sensor - called the upstream sensor - configured to measure a quantity of oxygen present in the exhaust gases coming from from the engine block and in the direction of the catalyst
  • second oxygen sensor - called the downstream sensor - configured to measure the quantity of oxygen present in the exhaust gases extracted from the catalyst.
  • [9] - a stimulated control of the catalyst defining a catalyst oxygen richness setpoint in the form of a periodic signal of amplitude and frequency and alternating so-called lean richness values and so-called rich richness values.
  • the oxygen richness is defined by the ratio between a quantity of fuel and a quantity of oxygen.
  • the reducing molecules are in excess in the catalyst.
  • the oxidant molecules are in excess in the catalyst.
  • a drawback of the known control methods lies in the fact that the oxygen richness determined downstream of the catalyst - via the second oxygen sensor - is the only available measurement that can be linked to the efficiency of the catalyst. However, this measurement is too “late” because differences in richness between the setpoint and the measurement can occur upstream of the catalyst. This results in a form of phase shift between the second control loop and the setpoint upstream of the catalyst. This phase shift has the particular consequence of modifying the equilibrium state of the catalyst when sending oxidants or reducers via the stimulated control. Consequently, this phase shift negatively impacts the efficiency of the catalyst.
  • Another drawback of the known control methods lies in the fact that the catalyst stimulation strategy, provided by the stimulated control, is in open loop, that is to say without taking into account what has actually been sent to the catalyst from the information given by the first oxygen sensor.
  • the object of the present invention is to propose a new method for controlling a thermal assembly of a motor vehicle in order to respond at least in large part to the previous problems and also to lead to other advantages.
  • Another object of the invention is to propose a control method which makes it possible to improve the efficiency and performance of the catalyst.
  • Another object of the invention is to limit pollutant emissions downstream of the catalyst.
  • At least one of the aforementioned objectives is achieved with a method for controlling a thermal assembly comprising an engine block connected to an exhaust line comprising a catalyst, the assembly comprising a first oxygen sensor - called upstream probe - configured to measure a quantity of oxygen present in an exhaust gas coming from the engine block and in the direction of the catalyst, and a second oxygen sensor - called downstream probe - configured to measuring the quantity of oxygen present in the exhaust gas extracted from the catalyst, the control method comprising:
  • this oxygen richness setpoint defined by the stimulated command serves as the first predetermined richness setpoint, this stimulated command of the catalyst being slaved according to the oxygen richness determined upstream of the catalyst via the probe upstream and the second richness setpoint from the second regulation loop.
  • the oxygen richness is defined by the ratio between a quantity of fuel and a quantity of oxygen.
  • wealth is qualified as poor if the ratio thus calculated is less than 1
  • wealth is qualified as rich if the ratio thus calculated is greater than 1 .
  • the term “quantity” will be understood interchangeably as a mass quantity or a molar quantity or a volume quantity.
  • the present invention now proposes to make the richness setpoint no longer "floating" and predefined according to one or more values not correlated to a real operating state of the catalyst but, on the contrary, to regulate the setpoint oxygen richness defined by the stimulated command as a function of the oxygen measurement carried out by the upstream probe.
  • the present invention proposes to add to the first two regulation loops already known a third richness regulation loop which implements a new variable based on the measurement of richness upstream of the catalyst and which thus makes it possible to regulate the average richness upstream of the catalyst.
  • the stimulated control is now regulated via this new control loop in order to better manage the quantity of oxidants and reducers in the catalyst while maintaining an alternate stimulated control.
  • the stimulated command is no longer regular over time but is modulated in order to allow a better balance of the oxidants and reducers sent to the catalyst.
  • this new loop of regulation on the stimulated command leads to permanently adapting the alternation of the rich and lean slots of said stimulated command as a function of the data from the upstream probe in order to optimize the efficiency of conversion of the pollutants in the catalyst.
  • the piloting method in accordance with the first aspect of the invention advantageously comprises at least one of the improvements below, the technical characteristics forming these improvements being able to be taken alone or in combination:
  • control of the richness setpoint takes the form of the modulation of a duty cycle of the stimulated command.
  • an oscillation frequency of the stimulated command is variable.
  • the frequency of oscillation of the stimulated command varies between 0.1 Hz and 10 Hz.
  • a control variable - called the quantity of oxygen required in the catalyst - and used to define the stimulated command is defined by the formula J(R SP - ⁇ mes) x Qexh x 0.23 x dt where Rsp is the second richness setpoint from the second regulation loop, Rmes is a richness measurement performed by the upstream sensor and Qexh is a value of the mass flow rate of the exhaust line;
  • a thermal assembly comprising (i) an engine block, (ii) a catalyst fluidly connected to the engine block via a gas exhaust line exhaust from the engine block, (iii) a first oxygen sensor - called upstream sensor - configured to measure a quantity of oxygen present in the exhaust gases from the engine block and in the direction of the catalyst, (iv) a second oxygen sensor - called downstream sensor - configured to measure the quantity of oxygen present in the exhaust gases extracted from the catalyst, (v) a control unit configured to implement the control method in accordance with the first aspect of the invention or according to any of its improvements.
  • the control unit includes calculation means and storage means.
  • the control unit is of the type of a computer or a microcontroller.
  • a motor vehicle comprising a thermal assembly in accordance with the second aspect of the invention.
  • FIG.1 illustrates a schematic view of a motor vehicle according to the third aspect of the invention
  • FIG.2 illustrates a schematic view of the piloting process in accordance with the first aspect of the invention.
  • FIGURE 1 With reference to FIGURE 1, there is illustrated a motor vehicle 2 in accordance with the third aspect of the invention and comprising a thermal assembly 9 comprising an engine block 3 connected to an exhaust line 5 comprising a catalyst 6.
  • the thermal assembly 9 comprises a first oxygen sensor - called upstream sensor 7 - configured to measure a quantity of oxygen present in an exhaust gas from the engine block 3 and in the direction of the catalyst 6.
  • the upstream probe 7 is located in an intermediate position between the engine block 3 and the catalyst 6 in order to be able to measure the instantaneous richness in oxygen of the exhaust gases circulating in a part of the exhaust line 5 located between the engine block 3 and catalyst 6.
  • the thermal assembly 9 also includes a second oxygen sensor - called downstream sensor 8 - configured to measure the amount of oxygen present in the exhaust gas extracted from the catalyst 6.
  • the downstream probe 8 is located in a position such that the catalyst 6 is located between the engine block 3 and the downstream probe 8 in order to be able to measure the instantaneous richness in oxygen of the exhaust gases circulating in a part of the exhaust line 5 behind catalyst 6 relative to engine block 3.
  • the thermal assembly 9 also includes a control unit 4 configured to implement a compliant control method 1 as described with reference to FIGURE 2.
  • FIGURE 2 illustrates such a piloting method 1 .
  • the piloting method 1 comprises: [46] - a first control loop 11 of an oxygen content measured upstream of the catalyst 6 via the upstream oxygen sensor 7, the first control loop 11 being configured to control the thermal assembly 9 upstream of the catalyst 6 so as to regulate the instantaneous richness in oxygen of the exhaust gas entering the catalyst 6 with respect to a first setpoint in predetermined richness;
  • the oxygen richness setpoint defined by the stimulated command 13 at the output of the latter serves as the first predetermined richness setpoint at the input of the first regulation loop 11.
  • this setpoint of oxygen richness defined by the stimulated control 13 is slaved according to the oxygen richness determined upstream of the catalyst 6 via the upstream probe 7 and of the second predetermined richness setpoint resulting from the second regulation loop. This control forms a third regulation loop.
  • the stimulated control 13 is now slaved via the richness measurement by the upstream probe 7 in order to be able to more quickly and more efficiently regulate the average richness upstream of the catalyst 6 by taking into account deviations and/or disturbances richness seen by the upstream probe 7. It is now possible to continuously control an average quantity of oxidants - oxygen - and of reducers - nitric oxide and the hydrocarbons sent to the catalyst 6. Consecutively, the control method 1 in accordance with the invention thus makes it possible to optimize the efficiency of conversion of the pollutants circulating through the catalyst 6. [51] To this end, the invention preferably implements the calculation of a new variable to carry out the piloting of the stimulated control 13.
  • This new variable represents a quantity of oxygen solicited OSL in the catalyst 6.
  • the quantity of The solicited oxygen OSL is in fact a relevant variable for controlling the richness of the catalyst.
  • the amount of oxygen solicited OSL alternatively represents, depending on the state of the catalyst 6, an excess amount of reducer when the richness of the catalyst 6 is rich, or an excess amount of oxygen when the richness of the catalyst 6 is lean.
  • the quantity of oxygen solicited OSL in the catalyst 6 is defined by the following formula: 0.23 X dt where Rsp is the second richness setpoint from the second regulation loop 12, Rmes is a richness measurement carried out by the upstream probe 7 and Qexh is a value of the mass flow rate of the exhaust line 5.
  • said stimulated command is always centered around 1.
  • the richness value minimum and the maximum richness value defined as a function of the quantity of oxygen solicited OSL in the catalyst 6 are symmetrical to each other with respect to 1.
  • the stimulated command 13 takes the form of a signal in slots whose duration of said slots is adapted according to the average richness determined via the quantity of oxygen requested 13.
  • there quantity of oxygen requested makes it possible to modulate the duty cycle of the stimulated control 13. Consequently, according to the richness value determined by the upstream probe 7, the stimulated control 13 controls the catalyst 6 via a richness control equal to its rich value or at its lean value for a variable duration which depends on the state of richness measured by the upstream probe 7.
  • the invention relates to a method 1 for controlling a thermal assembly 9 comprising an engine block 3 connected to an exhaust line 5 along which are successively placed an upstream probe 7, a catalyst 6 and a downstream probe 8.
  • the control method 1 cleverly comprises a step of stimulated control 13 of the catalyst consisting of a control in slots of the richness of said catalyst 6, said control in slots alternately taking a rich value and a low value and of which a switching between said rich and low values is determined by a richness measurement by the upstream probe 7.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de pilotage (1) d'un ensemble thermique (9) comportant un bloc moteur (3) relié à une ligne d'échappement (5) le long de laquelle sont placés successivement une sonde amont (7), un catalyseur (6) et une sonde aval (8). Le procédé de pilotage (1) comporte une étape de commande stimulée (13) du catalyseur consistant en une commande en créneaux de la richesse dudit catalyseur (6), ladite commande en créneaux prenant alternativement une valeur riche et une valeur basse et dont une commutation entre lesdites valeurs riches et basses est déterminée par une mesure de richesse par la sonde amont (7).

Description

DESCRIPTION
TITRE DE L'INVENTION : PROCEDE DE PILOTAGE D’UN ENSEMBLE THERMIQUE DE VEHICULE AUTOMOBILE
[1] La présente invention revendique la priorité de la demande française N°2109559 déposée le 13.09.2021 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
[2] Le contexte technique de la présente invention est celui des moteurs thermiques de véhicule automobile. En particulier, l’invention a trait à un procédé de pilotage d’un ensemble thermique de véhicule automobile, ainsi qu’une unité de commande et un véhicule automobile.
[3] Dans le contexte de l’invention, un ensemble thermique comporte un bloc moteur formé par exemple d’un moteur à explosion et, éventuellement d’un turbocompresseur et d’un catalyseur relié fluidiquement au bloc moteur par l’intermédiaire d’une ligne d’échappement des gaz d’échappement issus du bloc moteur. Bien évidemment, le bloc moteur permet de produire une énergie mécanique utilisée pour faire avancer le véhicule automobile, en brûlant un carburant stocké dans un réservoir du véhicule automobile. Lors de cette combustion, les gaz d’échappement sont refroidis et évacués via la ligne d’échappement.
[4] Afin de satisfaire aux exigences environnementales, le catalyseur placé sur la ligne d’échappement en aval du bloc moteur, relativement à la propagation des gaz d’échappement, permet de limiter l’émission de gaz polluants. A cet effet, le catalyseur est le lieu de réactions chimiques.
[5] Afin de mieux piloter de tels catalyseurs et d’optimiser leurs performances, on connaît notamment des ensembles thermiques comportant une première sonde à oxygène - dite sonde amont - configurée pour mesurer une quantité d’oxygène présent dans les gaz d’échappement provenant du bloc moteur et en direction du catalyseur, et une deuxième sonde à oxygène - dite sonde aval - configurée pour mesurer la quantité d’oxygène présent dans les gaz d’échappement extraits du catalyseur. [6] De tels ensembles thermiques sont déjà pilotés par des procédés de pilotage comportant
[7] - une première boucle de régulation d’une richesse en oxygène mesurée en amont du catalyseur via la première sonde à oxygène, la première boucle de régulation étant configurée pour piloter l’ensemble thermique en amont du catalyseur de sorte à réguler la richesse en oxygène du gaz d’échappement entrant dans le catalyseur par rapport à une première consigne en richesse prédéterminée ;
[8] - une deuxième boucle de régulation d’une richesse en oxygène mesurée en aval du catalyseur via la deuxième sonde à oxygène, la deuxième boucle de régulation étant configurée pour asservir l’ensemble thermique en amont du catalyseur afin de réguler la richesse en oxygène mesurée en aval par rapport à une deuxième consigne en richesse prédéterminée ;
[9] - une commande stimulée du catalyseur définissant une consigne de richesse en oxygène du catalyseur sous la forme d’un signal périodique d’amplitude et de fréquence et alternant des valeurs de richesse dites pauvres et des valeurs de richesses dites riches.
[10] Dans le contexte de la présente invention, la richesse en oxygène est définie par le rapport entre une quantité de carburant et une quantité d’oxygène. Ainsi, lorsque la richesse déterminée est trop riche, les molécules réducteurs sont en excès dans le catalyseur. A contrario, lorsque la richesse déterminée est trop pauvre, les molécules oxydant sont en excès dans le catalyseur.
[11] Un inconvénient des procédés de pilotage connus réside dans le fait que la richesse en oxygène déterminée en aval du catalyseur - via la deuxième sonde à oxygène - est la seule mesure disponible que l’on peut relier à l’efficacité du catalyseur. Or, cette mesure est trop « tardive » car des écarts de richesse entre la consigne et la mesure peuvent survenir en amont du catalyseur. Il en résulte une forme de déphasage entre la deuxième boucle de régulation et la consigne en amont du catalyseur. Ce déphasage a notamment pour conséquence de modifier l’état l’équilibre du catalyseur lors de l’envoi d’oxydants ou de réducteurs via la commande stimulée. Dès lors, ce déphasage impacte négativement l’efficacité du catalyseur. [12] Un autre inconvénient des procédés de pilotage connus réside dans le fait que la stratégie de stimulation du catalyseur, assurée par la commande stimulée, est en boucle ouverte, c’est-à-dire sans tenir compte de ce qui a été réellement envoyé au catalyseur à partir de l’information donnée par la première sonde à oxygène.
[13] La présente invention a pour objet de proposer un nouveau procédé de pilotage d’un ensemble thermique de véhicule automobile afin de répondre au moins en grande partie aux problèmes précédents et de conduire en outre à d’autres avantages.
[14] Un autre but de l’invention est de proposer un procédé de pilotage qui permette d’améliorer l’efficacité et les performances du catalyseur.
[15] Un autre but de l’invention est de limiter les émissions de polluants en aval du catalyseur.
[16] Selon un premier aspect de l’invention, on atteint au moins l’un des objectifs précités avec un procédé de pilotage d’un ensemble thermique comportant un bloc moteur relié à une ligne d’échappement comportant un catalyseur, l’ensemble thermique comportant une première sonde à oxygène - dite sonde amont - configurée pour mesurer une quantité d’oxygène présent dans un gaz d’échappement provenant du bloc moteur et en direction du catalyseur, et une deuxième sonde à oxygène - dite sonde aval - configurée pour mesurer la quantité d’oxygène présent dans le gaz d’échappement extrait du catalyseur, le procédé de pilotage comportant :
[17] - une première boucle de régulation d’une richesse en oxygène mesurée en amont du catalyseur via la sonde amont à oxygène, la première boucle de régulation étant configurée pour piloter l’ensemble thermique en amont du catalyseur de sorte à réguler la richesse instantanée en oxygène du gaz d’échappement entrant dans le catalyseur par rapport à une première consigne en richesse prédéterminée ;
[18] - une deuxième boucle de régulation d’une richesse en oxygène mesurée en aval du catalyseur via la sonde aval à oxygène, la deuxième boucle de régulation étant configurée pour asservir un rendement du catalyseur de sorte à réguler la richesse instantanée en oxygène mesurée en aval par rapport à une deuxième consigne en richesse prédéterminée ; [19] - une commande stimulée du catalyseur définissant une consigne de richesse instantanée en oxygène du catalyseur sous la forme d’un signal périodique d’amplitude et de fréquence et alternant des valeurs de richesse dites pauvres et des valeurs de richesses dites riches.
[20] Conformément à l’invention, cette consigne de richesse en oxygène définie par la commande stimulée sert de première consigne en richesse prédéterminée, cette commande stimulée du catalyseur étant asservie en fonction de la richesse en oxygène déterminée en amont du catalyseur via la sonde amont et de la deuxième consigne de richesse issue de la deuxième boucle de régulation.
[21] Comme évoqué précédemment, dans le contexte de la présente invention, la richesse en oxygène est définie par le rapport entre une quantité de carburant et une quantité d’oxygène. Par extension, une richesse est qualifiée de pauvre si le rapport ainsi calculé est inférieur à 1 , et une richesse est qualifiée de riche si le rapport ainsi calculé est supérieur à 1 .
[22] Dans le contexte de l’invention, on comprendra indifféremment le terme « quantité » comme une quantité massique ou une quantité molaire ou une quantité volumique.
[23] De manière particulièrement avantageuse, la présente invention propose désormais de rendre la consigne en richesse non plus « flottante » et prédéfinie selon une ou plusieurs valeurs non corrélées à un état réel de fonctionnement du catalyseur mais, a contrario, de réguler la consigne de richesse en oxygène définie par la commande stimulée en fonction de la mesure en oxygène réalisée par la sonde amont. En d’autres termes, la présente invention propose d’ajouter aux deux premières boucles de régulation déjà connues une troisième boucle de régulation de richesse qui met en œuvre une nouvelle variable basée sur la mesure de richesse en amont du catalyseur et qui permet ainsi de réguler la richesse moyenne en amont catalyseur. A cet effet, la commande stimulée est désormais régulée via cette nouvelle boucle de régulation afin de mieux gérer la quantité d’oxydants et de réducteurs dans le catalyseur tout en gardant une commande stimulée alternée. Désormais, la commande stimulée n’est plus régulière dans le temps mais elle est modulée afin de permettre un meilleur équilibre des oxydants et réducteurs envoyés au catalyseur. En d’autres termes, cette nouvelle boucle de régulation sur la commande stimulée conduit à adapter en permanence l’alternance des créneaux riches et pauvres de ladite commande stimulée en fonction des données de la sonde amont afin d’optimiser l’efficacité de conversion des polluants dans le catalyseur.
[24] Cette configuration avantageuse permet ainsi de mieux contrôler le catalyseur, et de le piloter de manière plus réactive par rapport aux consignes de richesses en oxygène. Ce faisant, l’efficacité du catalyseur est améliorée.
[25] Le procédé de pilotage conforme au premier aspect de l’invention comprend avantageusement au moins un des perfectionnements ci-dessous, les caractéristiques techniques formant ces perfectionnements pouvant être prises seules ou en combinaison :
[26] - l’asservissement de la consigne de richesse prend la forme de la modulation d’un rapport cyclique de la commande stimulée.
[27] - une fréquence d’oscillation de la commande stimulée est variable. En particulier, la fréquence d’oscillation de la commande stimulée varie entre 0,1 Hz et 10 Hz.
[28] - une variable d’asservissement - dite quantité d’oxygène sollicitée dans le catalyseur - et servant à définir la commande stimulée est définie par la formule J(RSP - ^mes) x Qexh x 0.23 x dt où Rsp est la deuxième consigne de richesse issue de la deuxième boucle de régulation, Rmes est une mesure de richesse réalisée par la sonde amont et Qexh est une valeur du débit massique de la ligne d’échappement ;
[29] - lorsque la quantité d’oxygène sollicitée dans la catalyseur atteint un seuil maximal, alors la consigne de richesse en oxygène définie par la commande stimulée est établie à une valeur de richesse maximale, dite riche, et lorsque la quantité d’oxygène sollicitée dans la catalyseur atteint un seuil minimal, alors la consigne de richesse en oxygène définie par la commande stimulée est établie à une valeur de richesse minimale, dite pauvre.
[30] - la consigne riche et la consigne pauvre forment ensemble un intervalle symétrique autour de 0. La consigne riche est inférieure ou égale à 50. Préférentiellement elle est égale à 5. [31 ] Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé un ensemble thermique comportant (i) un bloc moteur, (ii) un catalyseur relié fluidiquement au bloc moteur par l’intermédiaire d’une ligne d’échappement des gaz d’échappement issus du bloc moteur, (iii) une première sonde à oxygène - dite sonde amont - configurée pour mesurer une quantité d’oxygène présent dans les gaz d’échappement provenant du bloc moteur et en direction du catalyseur, (iv) une deuxième sonde à oxygène - dite sonde aval - configurée pour mesurer la quantité d’oxygène présent dans les gaz d’échappement extrait du catalyseur, (v) une unité de commande configurée pour mettre en œuvre le procédé de pilotage conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements.
[32] L’unité de commande comporte des moyens de calcul et des moyens de mémorisation. A titre d’exemple, l’unité de commande est du type d’un ordinateur ou d’un microcontrôleur.
[33] Selon un troisième aspect de l’invention, il est proposé un véhicule automobile comportant un ensemble thermique conforme au deuxième aspect de l’invention.
[34] Des modes de réalisation variés de l’invention sont prévus, intégrant selon l’ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici.
[35] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
[36] [Fig.1] illustre une vue schématique d’un véhicule automobile conforme au troisième aspect de l’invention ;
[37] [Fig.2] illustre une vue schématique du procédé de pilotage conforme au premier aspect de l’invention.
[38] Bien entendu, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.
[39] En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique.
[40] Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
[41] En référence à la FIGURE 1 , il est illustré un véhicule automobile 2 conforme au troisième aspect de l’invention et comportant un ensemble thermique 9 comportant un bloc moteur 3 relié à une ligne d’échappement 5 comportant un catalyseur 6.
[42] L’ensemble thermique 9 comporte une première sonde à oxygène - dite sonde amont 7 - configurée pour mesurer une quantité d’oxygène présent dans un gaz d’échappement provenant du bloc moteur 3 et en direction du catalyseur 6. En d’autres termes, la sonde amont 7 est située dans une position intermédiaire entre le bloc moteur 3 et le catalyseur 6 afin de pouvoir mesurer la richesse instantanée en oxygène des gaz d’échappement circulant dans une partie de la ligne d’échappement 5 située entre le bloc moteur 3 et le catalyseur 6.
[43] En outre, l’ensemble thermique 9 comporte aussi une deuxième sonde à oxygène - dite sonde aval 8 - configurée pour mesurer la quantité d’oxygène présent dans le gaz d’échappement extrait du catalyseur 6. En d’autres termes, la sonde aval 8 est située dans une position telle que le catalyseur 6 est situé entre le bloc moteur 3 et la sonde aval 8 afin de pouvoir mesurer la richesse instantanée en oxygène des gaz d’échappement circulant dans une partie de la ligne d’échappement 5 en arrière du catalyseur 6 relativement au bloc moteur 3.
[44] L’ensemble thermique 9 comporte aussi une unité de commande 4 configurée pour mettre en œuvre un procédé de pilotage 1 conforme tel que décrit en référence à la FIGURE 2.
[45] La FIGURE 2 illustre un tel procédé de pilotage 1 . Selon l’invention, le procédé de pilotage 1 comporte : [46] - une première boucle de régulation 11 d’une richesse en oxygène mesurée en amont du catalyseur 6 via la sonde amont 7 à oxygène, la première boucle de régulation 11 étant configurée pour piloter l’ensemble thermique 9 en amont du catalyseur 6 de sorte à réguler la richesse instantanée en oxygène du gaz d’échappement entrant dans le catalyseur 6 par rapport à une première consigne en richesse prédéterminée ;
[47] - une deuxième boucle de régulation 12 d’une richesse en oxygène mesurée en aval du catalyseur 6 via la sonde aval 8 à oxygène, la deuxième boucle de régulation 12 étant configurée pour asservir un rendement du catalyseur 6 de sorte à réguler la richesse instantanée en oxygène mesurée en aval par rapport à une deuxième consigne en richesse prédéterminée ;
[48] - une commande stimulée 13 du catalyseur 6 définissant une consigne de richesse en oxygène du catalyseur 6 sous la forme d’un signal périodique d’amplitude et de fréquence et alternant des valeurs de richesse dites pauvres et des valeurs de richesses dites riches.
[49] Conformément à l’invention, la consigne de richesse en oxygène définie par la commande stimulée 13 en sortie de celle-ci sert de première consigne en richesse prédéterminée en entrée de la première boucle de régulation 11. De plus, cette consigne de richesse en oxygène définie par la commande stimulée 13 est asservie en fonction de la richesse en oxygène déterminée en amont du catalyseur 6 via la sonde amont 7 et de la deuxième consigne en richesse prédéterminée issue de la deuxième boucle de régulation. Cet asservissement forme une troisième boucle de régulation.
[50] Ainsi, la commande stimulée 13 est désormais asservie via la mesure de richesse par la sonde amont 7 afin de pouvoir plus rapidement et plus efficacement réguler la richesse moyenne en amont du catalyseur 6 en prenant en compte des écarts et/ou des perturbations de richesse vus par la sonde amont 7. Il est désormais possible de maîtriser en continu une quantité moyenne d’oxydants - l’oxygène - et de réducteurs - le monoxyde d’azote et le les hydrocarbures envoyés dans le catalyseur 6. Consécutivement, le procédé de pilotage 1 conforme à l’invention permet ainsi d’optimiser une efficacité de conversion des polluants circulant au travers du catalyseur 6. [51] A cet effet, l’invention met en œuvre préférentiellement le calcul d’une nouvelle variable pour réaliser le pilotage de la commande stimulée 13. Cette nouvelle variable représente une quantité d’oxygène sollicitée OSL dans le catalyseur 6. La quantité d’oxygène sollicitée OSL est en effet une variable pertinente pour piloter la richesse du catalyseur. La quantité d’oxygène sollicitée OSL représente alternativement, selon l’état du catalyseur 6, une quantité excédentaire de réducteur lorsque la richesse du catalyseur 6 est riche, ou une quantité excédentaire d’oxygène lorsque la richesse du catalyseur 6 est pauvre. La quantité d’oxygène sollicitée OSL dans le catalyseur 6 est définie par la formule suivante : 0.23 X dt où Rsp est la deuxième consigne de richesse issue de la deuxième boucle de régulation 12, Rmes est une mesure de richesse réalisée par la sonde amont 7 et Qexh est une valeur du débit massique de la ligne d’échappement 5.
[52] La quantité d’oxygène sollicitée OSL dans le catalyseur forme ainsi une variable servant à définir la valeur de la consigne stimulée 13 appliquée au catalyseur 6 :
[53] - lorsque la quantité d’oxygène sollicitée OSL dans la catalyseur 6 atteint un seuil maximal, alors la consigne de richesse en oxygène définie par la commande stimulée 13 est établie à une valeur de richesse maximale, dite riche ; et
[54] - lorsque la quantité d’oxygène sollicitée OSL dans la catalyseur 6 atteint un seuil minimal, alors la consigne de richesse en oxygène définie par la commande stimulée 13 est établie à une valeur de richesse minimale, dite pauvre.
[55] De manière avantageuse, afin de permettre de toujours envoyer par alternance des oxydants et des réducteurs dans le catalyseur lors de cette commande stimulée 13, ladite commande stimulée est toujours centrée autour de 1. En d’autres termes, la valeur de richesse minimale et la valeur de richesse maximale définies en fonction de la quantité d’oxygène sollicitée OSL dans le catalyseur 6 sont symétriques l’une de l’autre par rapport à 1 .
[56] Selon l’invention, la commande stimulée 13 prend la forme d’un signal en créneaux dont la durée desdits créneaux est adaptée en fonction de la richesse moyenne déterminée via la quantité d’oxygène sollicitée 13. En d’autres termes, la quantité d’oxygène sollicitée permet de moduler le rapport cyclique de la commande stimulée 13. Par conséquent, en fonction de la valeur de richesse déterminée par la sonde amont 7, la commande stimulée 13 pilote le catalyseur 6 via une commande de richesse égale à sa valeur riche ou à sa valeur pauvre pendant une durée variable qui dépend de l’état de richesse mesuré par la sonde amont 7.
[57] En synthèse, l’invention concerne un procédé de pilotage 1 d’un ensemble thermique 9 comportant un bloc moteur 3 relié à une ligne d’échappement 5 le long de laquelle sont placés successivement une sonde amont 7, un catalyseur 6 et une sonde aval 8. Le procédé de pilotage 1 comporte astucieusement une étape de commande stimulée 13 du catalyseur consistant en une commande en créneaux de la richesse dudit catalyseur 6, ladite commande en créneaux prenant alternativement une valeur riche et une valeur basse et dont une commutation entre lesdites valeurs riches et basses est déterminée par une mesure de richesse par la sonde amont 7.
[58] Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Procédé de pilotage (1 ) d’un ensemble thermique (9) comportant un bloc moteur (3) relié à une ligne d’échappement (5) comportant un catalyseur (6), l’ensemble thermique (9) comportant une première sonde à oxygène - dite sonde amont (7) - configurée pour mesurer une quantité d’oxygène présent dans un gaz d’échappement provenant du bloc moteur (3) et en direction du catalyseur (6), et une deuxième sonde à oxygène - dite sonde aval (8) - configurée pour mesurer la quantité d’oxygène présent dans le gaz d’échappement extrait du catalyseur (6), le procédé de pilotage (1 ) comportant :
- une première boucle de régulation (11 ) d’une richesse en oxygène mesurée en amont du catalyseur (6) via la sonde amont (7) à oxygène, la première boucle de régulation (11 ) étant configurée pour piloter l’ensemble thermique (9) en amont du catalyseur (6) de sorte à réguler la richesse instantanée en oxygène du gaz d’échappement entrant dans le catalyseur (6) par rapport à une première consigne en richesse prédéterminée ;
- une deuxième boucle de régulation (12) d’une richesse en oxygène mesurée en aval du catalyseur (6) via la sonde aval (8) à oxygène, la deuxième boucle de régulation (12) étant configurée pour asservir un rendement du catalyseur (6) de sorte à réguler la richesse instantanée en oxygène mesurée en aval par rapport à une deuxième consigne en richesse prédéterminée ;
- une commande stimulée (13) du catalyseur (6) définissant une consigne de richesse instantanée en oxygène du catalyseur (6) sous la forme d’un signal périodique d’amplitude et de fréquence et alternant des valeurs de richesse dites pauvres et des valeurs de richesses dites riches ; caractérisé en ce que cette consigne de richesse en oxygène définie par la commande stimulée (13) sert de première consigne en richesse prédéterminée, la commande stimulée (13) du catalyseur (6) étant asservie en fonction de la richesse en oxygène déterminée en amont du catalyseur (6) via la sonde amont (7) et de la deuxième consigne de richesse issue de la deuxième boucle de régulation.
[Revendication 2] Procédé de pilotage (1 ) selon la revendication précédente, dans lequel l’asservissement de la consigne de richesse prend la forme de la modulation d’un rapport cyclique de la commande stimulée (13).
[Revendication 3] Procédé de pilotage (1 ) selon la revendication précédente, dans lequel une fréquence d’oscillation de la commande stimulée (13) est variable.
[Revendication 4] Procédé de pilotage (1 ) selon la revendication précédente, dans lequel la fréquence d’oscillation de la commande stimulée (13) varie entre 0,1 Hz et 10 Hz.
[Revendication 5] Procédé de pilotage (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une variable d’asservissement - dite quantité d’oxygène sollicitée (OSL) dans le catalyseur (6) - et servant à définir la commande stimulée (13) est définie par la formule suivante : 0.23 X dt où Rsp est la deuxième consigne de richesse issue de la deuxième boucle de régulation (12) , Rmes est une mesure de richesse réalisée par la sonde amont (7) et Qexh est une valeur du débit massique de la ligne d’échappement (5).
[Revendication 6] Procédé de pilotage (1 ) selon la revendication précédente, dans lequel, lorsque la quantité d’oxygène sollicitée (OSL) dans la catalyseur (6) atteint un seuil maximal, alors la consigne de richesse en oxygène définie par la commande stimulée (13) est établie à une valeur de richesse maximale, dite riche, et lorsque la quantité d’oxygène sollicitée (OSL) dans la catalyseur (6) atteint un seuil minimal, alors la consigne de richesse en oxygène définie par la commande stimulée (13) est établie à une valeur de richesse minimale, dite pauvre.
[Revendication 7] Ensemble thermique (9) comportant :
- un bloc moteur (3) ;
- un catalyseur (6) relié fluidiquement au bloc moteur (3) par l’intermédiaire d’une ligne d’échappement (5) des gaz d’échappement issus du bloc moteur (3) ;
- une première sonde à oxygène - dite sonde amont (7) - configurée pour mesurer une quantité d’oxygène présent dans les gaz d’échappement provenant du bloc moteur (3) et en direction du catalyseur (6) ;
- une deuxième sonde à oxygène - dite sonde aval (8) - configurée pour mesurer la quantité d’oxygène présent dans les gaz d’échappement extrait du catalyseur (6) ; - une unité de commande (4) configurée pour mettre en œuvre le procédé de pilotage (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
[Revendication 8] Véhicule automobile comportant un ensemble thermique (9) selon la revendication précédente.
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