FR3033364A1 - Dispositif et procede de regulation de la richesse d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Abstract

Dispositif de régulation de la richesse (Rλ) du mélange air-carburant dans un moteur à combustion interne à allumage et injection contrôlés par un calculateur, comportant un catalyseur. Le dispositif comprend une première boucle d'asservissement pour réguler la richesse (Rλ) autour d'une consigne de richesse (Cλ). La principale caractéristique de l'invention est que la consigne de richesse (Cλ) de la première boucle est asservie en permanence à la régulation de la quantité d'oxygène stockée (OS) dans le catalyseur autour d'une consigne (OSc).

Description

- 1 - DISPOSITIF ET PROCEDE DE REGULATION DE LA RICHESSE D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de régulation de la richesse d'un moteur à combustion interne et un dispositif de régulation associé. Elle trouve une application avantageuse dans un véhicule automobile équipé d'un moteur à allumage commandé.

ETAT DE LA TECHNIQUE Dans un moteur à combustion interne, la régulation de la richesse, c'est-à-dire la régulation du rapport entre la quantité de carburant injectée et de la quantité d'air admise dans le moteur, ramené aux proportions stoechiométriques, est destinée à asservir la richesse du mélange à une richesse de consigne qui peut être variable en fonction des conditions de fonctionnement du moteur, notamment le régime et la charge. De plus, pour respecter les normes antipollution de plus en plus strictes qui visent à réduire les niveaux d'émission dans l'atmosphère des gaz polluants issus de la combustion du mélange air - carburant, il convient de réaliser une maîtrise fine de cette richesse du mélange pour maximiser l'efficacité des dispositifs de traitement montés à l'échappement du moteur. Dans le cas d'un moteur à allumage commandé, typiquement un moteur du type fonctionnant à l'essence, l'allumage et l'injection de carburant sont contrôlés électroniquement par un calculateur du moteur pour fonctionner le plus souvent à richesse 1, c'est-à-dire en mélange stoechiométrique, selon lequel la quantité d'oxygène contenue dans le mélange air - carburant est exactement égale à la quantité théoriquement nécessaire pour que le carburant soit entièrement consommé.

Un catalyseur à trois voies est généralement monté à l'échappement du moteur pour assurer le traitement des gaz d'échappement. De manière connue, un tel catalyseur permet d'oxyder au moins une partie des hydrocarbures imbrûlés (HC) et du monoxyde de carbone (CO), et de réduire au moins une partie des oxydes d'azote (NON) qui sont émis dans les gaz de combustion du moteur. On peut définir l'efficacité du catalyseur comme le rendement de la réaction de traitement des polluants des gaz (HC, CO, NON). 3033364 - 2 - On connaît plusieurs procédés et dispositifs de réglage de la richesse qui visent à améliorer l'efficacité d'un catalyseur. Un exemple bien connu de procédé d'asservissement de la richesse est associé à un dispositif comportant une simple boucle d'asservissement qui comprend 5 une sonde à oxygène, ou sonde lambda, montée en amont du catalyseur (dans le sens de circulation des gaz d'échappement). Le signal de sortie, qui est généralement une tension, est représentatif de la richesse du mélange, est soustrait à une tension de consigne, par exemple de l'ordre de 450 mV qui correspond à une valeur de richesse égale à 1. Le signal d'erreur, égal 10 à la différence entre la tension de consigne et la tension mesurée, est ensuite comparée à zéro dans un comparateur binaire. Lorsque la tension de consigne est supérieure à la tension de sortie de la sonde, on enrichit le mélange air - carburant grâce à un régulateur, généralement de type proportionnel - intégral (PI), qui reçoit en entrée le signal d'erreur et fournit en 15 sortie une correction de durée d'injection à ajouter à la durée d'injection de carburant de base, pour déterminer la durée d'injection de carburant à appliquer afin d'obtenir la richesse du mélange à injecter dans le moteur. La durée d'injection de base est augmentée d'un terme proportionnel à l'erreur et d'un terme intégral. Inversement, lorsque la tension de consigne est inférieure à la tension de sortie 20 de la sonde, on appauvrit le mélange air - carburant grâce au même régulateur par la diminution de la durée d'injection d'un terme proportionnel et d'un terme intégral. Un tel procédé peut être mis en oeuvre avantageusement en utilisant une sonde à oxygène de type binaire. La richesse du mélange qui résulte des battements du temps d'injection oscille 25 autour de la valeur stoechiométrique avec une alternance de cycles riches et pauvres, présentant une amplitude et une fréquence qui dépendent des valeurs des termes proportionnel et intégral. On connaît aussi de nombreux procédés et dispositifs de régulation de la richesse qui visent à perfectionner le réglage de richesse obtenu par une telle simple 30 boucle, notamment à augmenter l'efficacité du traitement des NOx qui peut être dégradée lors de certaines conditions de fonctionnement du moteur. Par exemple, on connaît de la publication FR-A1-2833309 un procédé de régulation de la richesse associé à une double boucle d'asservissement qui comprend une première sonde à oxygène montée en amont du catalyseur et une deuxième 35 sonde à oxygène montée en aval du catalyseur. 3033364 - 3 - La richesse en amont du catalyseur est régulée en boucle fermée par un régulateur PI selon une première consigne de richesse. Ce régulateur délivre, comme dans le cas de la simple boucle qui a été exposé plus haut, une correction de durée d'injection à ajouter à une durée d'injection de base. Mais ici, la première consigne de 5 richesse de cette boucle est asservie en permanence à la régulation de richesse déterminée à partir des gaz d'échappement en aval du pot catalytique, par une deuxième boucle d'asservissement qui comprend une deuxième sonde lambda en aval du catalyseur et un dispositif de régulation de richesse calculée à partir de la sonde aval selon une deuxième consigne de richesse.

10 Toutefois, les procédés connus de régulation de richesse à double boucle d'asservissement ne permettent encore pas de traiter de manière optimale les polluants et plus particulièrement les oxydes d'azote, car ils ne permettent pas d'ajuster assez précisément la quantité d'oxygène (OS) stockée dans le catalyseur, la sonde lambda aval ne représentant pas l'état de stockage en oxygène exact du 15 catalyseur et n'ayant pas un comportement adapté à un régulateur PI. Or, c'est la valeur du stock d'oxygène présent en temps réel dans le catalyseur qui est déterminante pour le rendement du catalyseur. RESUME DE L'INVENTION 20 L'invention propose de remédier aux défauts des procédés et dispositifs de régulation de la richesse connus. Plus précisément, elle vise à anticiper l'état de stockage en oxygène dans le catalyseur en le modélisant afin d'adapter la richesse en amont du calculateur, plutôt que de réagir en corrigeant ladite richesse à partir de l'état 25 des gaz en aval du catalyseur. Plus précisément, elle propose un procédé de régulation de la richesse du mélange air-carburant dans un moteur à combustion interne à allumage et injection contrôlés par un calculateur et associé à un catalyseur à l'échappement, ledit procédé comprenant : 30 Une étape au cours de laquelle on détermine la richesse du mélange admis dans le moteur à partir d'une sonde à oxygène proportionnelle amont du catalyseur ; Une étape au cours de laquelle on régule la richesse calculée à partir de ladite sonde amont selon une consigne de richesse, et on délivre la correction à 35 ajouter à une durée d'injection de base pour déterminer la durée d'injection de 3033364 - 4 - carburant à appliquer afin d'obtenir la richesse du mélange à injecter dans le moteur, ,ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins : Une étape de calcul de la quantité d'oxygène stockée dans le catalyseur ; 5 Une étape de détermination d'une consigne de stock d'oxygène à partir de la capacité de stockage en oxygène du catalyseur ; et, Une étape de régulation de ladite quantité d'oxygène stockée selon ladite consigne de stock d'oxygène, qui délivre, en fonction de l'écart de quantité d'oxygène stockée, la correction de consigne de richesse à ajouter à une 10 consigne de richesse de base stoechiométrique pour déterminer la consigne de richesse. Elle propose également un dispositif de régulation de la richesse du mélange air-carburant dans un moteur à combustion interne à allumage et injection contrôlés par un calculateur, comportant un catalyseur, comprenant une première boucle 15 d'asservissement comportant : Une première sonde à oxygène proportionnelle de mesure de la concentration en oxygène des gaz d'échappement du moteur en amont du catalyseur, à partir de laquelle le calculateur détermine la richesse du mélange admis dans le moteur ; 20 Un premier régulateur de la richesse calculée à partir de ladite sonde amont selon une consigne de richesse, qui délivre la correction à ajouter à une durée d'injection de base par l'intermédiaire d'un premier additionneur, pour déterminer la durée d'injection de carburant à appliquer afin d'obtenir la richesse du mélange à injecter dans le moteur, 25 , ledit dispositif étant caractérisé en ce que la consigne de richesse de la première boucle d'asservissement est asservie en permanence à la régulation de la quantité d'oxygène stockée dans le catalyseur par une deuxième boucle d'asservissement comprenant : Des moyens de calcul de ladite quantité d'oxygène stockée dans le catalyseur ; 30 Des moyens de détermination d'une consigne de stock d'oxygène à partir de la capacité de stockage en oxygène du catalyseur ; et, Un deuxième régulateur pour la régulation de ladite quantité d'oxygène stockée selon ladite consigne de stock d'oxygène, qui délivre, en fonction de l'écart de quantité d'oxygène stockée, la correction de consigne de richesse à ajouter à 35 une consigne de richesse de base stoechiométrique par l'intermédiaire d'un 3033364 - 5 - deuxième additionneur, pour déterminer la consigne de richesse. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES 5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente schématiquement un dispositif de traitement des gaz d'échappement d'un moteur associé à une ligne 10 d'échappement équipée d'un catalyseur ; la figure 2 représente un dispositif de régulation de la richesse selon l'invention ; la figure 3 représente une cartographie de consigne de richesse en fonction de l'écart entre la quantité d'oxygène stockée dans le 15 catalyseur et une consigne de stock d'oxygène ; la figure 4 représente une fonction de transfert d'un régulateur de quantité d'oxygène stocké dans le catalyseur selon l'invention, qui précise la correction de consigne de richesse à apporter en fonction de l'erreur de quantité d'oxygène stockée ; et, 20 la figure 5 est un organigramme des étapes d'un procédé de régulation de la richesse conforme à l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES 25 Sur la figure 1, on a représenté un dispositif de traitement 1 des gaz d'échappement G d'un moteur 2 à combustion interne, notamment un moteur de véhicule automobile. Le moteur 2 est un moteur à allumage commandé à injection directe ou indirecte. De manière non limitative, il peut être à aspiration naturelle ou type suralimenté. Il peut aussi présenter d'autres particularités, comme par exemple 30 être associé à au moins un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à l'admission, sans nuire à la généralité de l'invention. Une ligne d'échappement 3 permet l'évacuation des gaz G du moteur vers l'atmosphère extérieure. Un dispositif de post-traitement destiné à purifier les gaz d'échappement G est interposé dans la ligne 3. Il comporte principalement un 35 catalyseur 4 de type trois voies. Le catalyseur permet de traiter plusieurs substances 3033364 - 6 - polluantes telles que les oxydes d'azote (N0x), les hydrocarbures imbrûlés (HC) et les oxydes de carbone (CO) présents dans les gaz de combustion du moteur 2. De façon à réduire les rejets de polluants dans l'atmosphère extérieure, on met en oeuvre de manière connue un procédé de régulation du mélange air - 5 carburant. Un système électronique de commande 5, ou calculateur 5, permet de déterminer la quantité de carburant Qcarb à injecter dans le moteur pour que la richesse du mélange soit la plus proche possible d'une richesse donnée. Il est aussi possible au calculateur 5 de déterminer le temps d'injection ti du carburant qui 10 correspond à la quantité de carburant Qcarb injectée. Pour cela, il convient de fournir au calculateur 5 des informations et des paramètres tels que la pression régnant dans le collecteur d'admission du moteur 2, le régime du moteur 2 et une information représentative de la richesse du mélange air carburant.

15 Ainsi le calculateur est relié, sur la figure 1, à un capteur de pression 6 permettent de déterminer une valeur de la pression régnant dans le collecteur d'admission du moteur 2, à un capteur 7 permettant de déterminer le nombre de passages au point mort haut de l'un des pistons du moteur 2, et à une première sonde à oxygène 8 montée en amont du catalyseur 4. Pour la mise en oeuvre du procédé 20 selon l'invention, la sonde amont 8 est du type proportionnel. Elle fournit une information, généralement un signal de tension, qui est représentative de la richesse du mélange et qui permet d'en déterminer la valeur. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention également, le calculateur est relié en outre à une deuxième sonde à oxygène 9 montée en aval du catalyseur 4.

25 Cette sonde aval 9 peut être du type binaire, c'est-à-dire fournissant un signal de sortie qui ne permet que de connaître l'état riche ou pauvre du mélange. En référence à la figure 2, on décrit maintenant plus en détail le dispositif de régulation de la richesse pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le dispositif de régulation comprend une simple boucle d'asservissement, 30 comprenant la sonde amont 8 de type proportionnel, destinée à la mesure de la concentration en oxygène des gaz d'échappement du moteur 2, en amont du catalyseur 4, mesure à partir de laquelle le calculateur 5 détermine la richesse réelle du mélange air - carburant enflammé dans les cylindres du moteur. Cette sonde amont 8 délivre un signal de tension U,, correspondant à une richesse R,, . Cette 35 richesse R,, est comparée à une consigne C,, dans un comparateur 10 qui délivre 3033364 - 7 - l'écart ei entre la richesse RA estimée à partir de la tension mesurée UA , et la consigne de richesse CA à suivre. Cette simple boucle comprend également un régulateur 11 de la richesse, par exemple de type proportionnel - intégral (PI), qui reçoit en entrée la valeur de l'écart ei et qui fournit en sortie la correction T, à ajouter à une durée 5 d'injection t, de base (qui correspond à la richesse stoechiométrique) par l'intermédiaire d'un additionneur 12, pour déterminer la durée d'injection T, de carburant à appliquer afin d'obtenir la richesse du mélange air - carburant à injecter dans le moteur 2. Selon l'invention, le dispositif de régulation de la richesse comporte en outre une deuxième boucle d'asservissement comprenant : la sonde amont 8 ; des moyens 10 de calcul 13 de la quantité d'oxygène stockée OS dans le catalyseur 4 ; des moyens de détermination 14 de la capacité de stockage en oxygène OSC du catalyseur et d'une consigne de stock d'oxygène OS, à partir de cette capacité de stockage OSC ; un deuxième comparateur 15 ; un deuxième régulateur 16 qui est un régulateur de la quantité d'oxygène stockée OS ; un deuxième additionneur 17.

15 La consigne de richesse CA de la simple boucle est délivrée par le deuxième additionneur 17. Celui-ci additionne une consigne de richesse de base, égale à 1, à une correction de consigne de richesse cA qui est délivrée par le deuxième régulateur 16 à partir de l'écart £2 entre, d'une part, la valeur de la quantité stockée OS dans le catalyseur, délivrée par les moyens de calcul 13, et d'autre part, la consigne de stock 20 d'oxygène OS, , délivrée par les moyens de détermination 14. Ladite consigne OS, est soustraite de ladite quantité stockée OS dans le comparateur 15 qui délivre l'écart £2 au deuxième régulateur 16. Le deuxième additionneur 17 fournit en sortie la valeur de consigne de richesse C,, de la simple boucle selon une cartographie telle que représentée sur la 25 figure 3. La consigne de stock d'oxygène OS, et la cartographie sont précalibrées pour obtenir la richesse optimale pour le retraitement des polluants. En abscisse on a représenté l'écart entre la quantité d'oxygène stockée OS et la consigne de stock d'oxygène OS, , c'est-à-dire l'écart £2 , et en ordonnée, la consigne de richesse C,, issue du deuxième additionneur 17. La valeur de la consigne 30 de richesse C,, est égale à 1 lorsque la quantité d'oxygène stockée OS est strictement égale à la consigne de stock d'oxygène OS, . La valeur de la consigne de richesse CA , est une fonction croissante de l'écart £2 . Elle en est une fonction affine par parties entre un premier seuil d'erreur négatif et un deuxième seuil d'erreur positif. Toutefois, la consigne de richesse est saturée à une valeur maximale, par exemple sensiblement 35 égale à 1,06 pour des écarts £2 positifs supérieurs à un seuil d'erreur positif ainsi que 3033364 - 8 - pour des écarts négatifs inférieurs à un seuil d'erreur négatif. La figure 4 représente d'une manière très similaire à la figure 3 la fonction de transfert du deuxième régulateur 16. En abscisse on retrouve l'erreur de quantité d'oxygène stockée £2 qui est à réguler, comme sur la figure 3, et en ordonnée on 5 trouve la correction de consigne de richesse cA qui est délivrée par le deuxième régulateur 16. En d'autres termes, on lit en ordonnée la valeur de la consigne de richesse CA diminuée de 1 qui correspond à la richesse stoechiométrique de base. En première approche, on voit que le régulateur 16 se comporte comme un régulateur de type proportionnel sur une plage d'écart d'OS £2 comprise entre un 10 premier seuil d'écart négatif x3 et un seuil d'écart positif x4 . Par exemple, le premier seuil d'écart négatif x3 peut être sensiblement égal à une masse de -5 g , et le seuil d'écart positif x4 peut être sensiblement égal à +30 g. D'autre part, le régulateur 16 sature la correction de consigne de richesse cA à une valeur de correction de consigne de richesse maximale y4 positive, par exemple 15 +0,06 , lorsque l'écart d'OS devient supérieur au seuil d'écart positif x4 . De la même façon, le régulateur 16 sature la correction de consigne de richesse cA à une valeur de correction de consigne de richesse minimale y1 négative, par exemple -0,01 , lorsque l'écart d'OS tombe en dessous d'un deuxième seuil d'écart négatif x1 qui est inférieur ou égal au premier seuil d'écart négatif x3 . Le deuxième seuil d'écart négatif x1 peut 20 par exemple être sensiblement égal à -30 g. Il peut être symétrique au seuil d'écart positif x4 . Dans un autre mode de réalisation non représenté, le premier seuil d'écart négatif et le deuxième seuil d'écart négatif peuvent être confondus. En d'autres termes, la correction de consigne de richesse cA est saturée à une valeur constante négative ou à une valeur positive constante en dehors d'une plage 25 d'écart d'OS £2 comprenant la valeur 0, et cette plage d'écart d'OS peut être centrée sur 0. A l'intérieur de ladite plage d'OS où la correction de consigne de richesse cA n'est pas constante, la correction de consigne de richesse cA est une fonction continue, croissante, et affine par parties de l'écart d'OS £2. Ladite plage comprend une sous- 30 plage comprenant la valeur 0 sur laquelle la correction de consigne est proportionnelle à l'écart d'OS, c'est-à-dire est une fonction linéaire de l'écart d'OS. Sur la figure 4, on a représenté une fonction affine en trois parties délimitées respectivement figurées par les intervalles [x1,x2] , [x2,x3] , et [x3,x4]. Dans un mode de réalisation non représenté, la fonction affine par parties ne 35 peut comprendre qu'une seule partie, plus précisément la sous-plage comprenant la 3033364 - 9 - valeur 0 sur laquelle la correction de consigne est proportionnelle à l'écart d'OS. A nouveau en référence à la figure 2, on décrit maintenant un mode de réalisation préféré pour calculer, grâce aux moyens de calcul 13, la quantité d'oxygène stockée OS dans le catalyseur 4, et pour déterminer, grâce aux moyens de 5 détermination 14, la capacité de stockage en oxygène OSC du catalyseur et une consigne de stock d'oxygène OS, à partir de cette capacité de stockage en oxygène OSC. La capacité de stockage en oxygène OSC peut être avantageusement déterminée régulièrement à chaque fois que le moteur 2 est démarré, afin de tenir 10 compte du vieillissement du catalyseur 4 sur le long terme et d'éventuelles défaillances. Le calculateur 5 du moteur peut notamment provoquer une transition d'un mode de fonctionnement pauvre vers un mode de fonctionnement riche du moteur 2. Dans un premier temps, le fonctionnement du moteur avec une richesse nulle 15 correspondant à une coupure d'injection fait saturer le catalyseur 4 en oxygène. L'approche de la capacité de stockage en oxygène OSC, par exemple 90% de cette capacité de stockage en oxygène OSC, est signalée par le fait que la sonde aval 9 commence à basculer vers un niveau de tension Umin exceptionnellement faible, par exemple inférieur à 150 mV.

20 A cet instant on peut considérer que l'équation suivante est vérifiée : (Equ.1) OS = a .0SC avec a 0,9 En d'autres termes, le basculement de la sonde détecte un début de saturation 25 du catalyseur (par exemple 90% de la saturation complète selon des essais réalisés au banc par pesage), c'est-à-dire un pourcentage a de l'OSC élevé et voisin de 90%. Le calculateur 5 applique alors immédiatement un niveau de richesse supérieur à 1 lors de la reprise après coupure d'injection, de façon à laisser le catalyseur 4 se vider progressivement de son oxygène, jusqu'à ce que la sonde aval 9 observe que la 30 masse d'oxygène stockée s'approche de zéro, par un basculement vers un niveau de tension Umax exceptionnellement élevé, par exemple supérieur à 870 mV. A cet instant, l'OS atteint en fait encore environ 40% de la capacité de stockage en oxygène, comme des essais métrologiques précis par pesage l'ont montré. On peut considérer que l'équation suivante est vérifiée : 35 3033364 -10- (Equ.2) OS = [3 * OSC avec [3 ge 0,4 En d'autres termes, le basculement de la sonde permet ici de détecter un début de vidange du catalyseur, correspondant à un pourcentage [3 encore significatif, 5 égal à 40% de l'OSC, mais pas la vidange complète. Par vidange complète, on entend que la quantité d'oxygène stockée OS est égale à zéro. Les moyens de détermination 14 peuvent alors calculer la capacité de stockage en oxygène OSC selon l'équation : 10 (Eq.3) ([3-a) * OSC = ,rot Qech (1- RA) *To2 dt ,équation dans laquelle : Qech désigne le débit des gaz d'échappement, RA désigne la richesse en amont du catalyseur 15 T02 désigne le taux massique d'oxygène dans l'air (environ 0,23 soit 23%) At désigne la durée de calcul, étant entendu qu'on commence à sommer la masse d'oxygène au moment où le calculateur bascule le fonctionnement du moteur en mélange riche, immédiatement après le basculement de la sonde aval vers une tension exceptionnellement faible, et qu'on arrête le 20 calcul lorsque la sonde aval bascule vers une tension exceptionnellement élevée. Pour finir, les moyens de détermination définissent l'objectif de consigne de stock d'oxygène OS, à partir de cette capacité de stockage en oxygène OSC. Il s'agit d'un pourcentage K de la capacité de stockage en oxygène, typiquement voisin de 25 70%. Le calcul, grâce aux moyens de calcul 13, de la quantité d'oxygène stockée OS courante dans le catalyseur 4 à chaque instant t, se fait grâce à l'équation suivante : (Equ.4) OS = OSinit ,rot Qech * (1- RA) *T02* dt 30 ,équation dans laquelle Qech désigne le débit des gaz d'échappement, RA désigne la richesse en amont du catalyseur T02 désigne le taux massique d'oxygène dans l'air (environ 0,23 soit 23%) 35 OSinit désigne la quantité d'oxygène stockée prédéterminée à l'instant du 3033364 début de l'intégration, qu'on initialisera par exemple à la valeur de [3. OSC si on débute le calcul lors du premier basculement de la sonde vers une tension exceptionnellement élevée Umax , provoquée pour déterminer l'OSC. At désigne la durée de calcul, par exemple entre ledit premier basculement 5 provoqué de la sonde vers une tension exceptionnellement élevée, et l'instant courant. Il est à noter qu'après cette première initialisation du calcul de la quantité d'oxygène stockée OS courante, aucun recalage n'est théoriquement nécessaire. Toutefois, en raison d'imprécisions possibles des valeurs des paramètres (richesse, 10 débit) servant au calcul, on pourra très avantageusement réinitialiser la valeur de la quantité d'oxygène stockée OS : à une valeur égale à [3 * OSC à chaque fois qu'on observera un nouveau basculement de la sonde aval 9 vers un seuil de tension exceptionnellement élevée Umax ; et, 15 à une valeur égale à a * OSC à chaque fois qu'on observera un nouveau basculement de la sonde aval 9 vers un seuil de tension exceptionnellement faible Umin - En d'autres termes, on remplacera le résultat du calcul intégral obtenu par l'équation 4 par [3.0SC ou par a .0SC à chaque fois que le basculement de la sonde 20 correspondant se présentera, et on repartira de l'instant de cette réinitialisation pour reprendre le calcul intégral de l'équation 4. Ce recalage est nécessaire dans la pratique pour éviter des dérives à moyen ou long terme dans la détermination de la consigne de richesse RA . La figure 4 représente un organigramme des étapes du procédé de régulation 25 de la richesse selon l'invention, dans un mode de réalisation préféré. Le procédé débute par une étape d'initialisation 100, par exemple le démarrage du moteur 2. Il se poursuit par une étape 200 de détermination de la capacité de stockage en oxygène OSC du catalyseur 200, grâce aux moyens de détermination 14 et au 30 procédé associé de transition de mode de fonctionnement pauvre vers riche par le calculateur 5, qui a été exposé plus haut, basé sur l'équation 3. Il se poursuit ensuite par une étape 300 de détermination d'une consigne de stock d'oxygène OS, comme un pourcentage K de l'OSC (par exemple 70%). La succession des étapes suivantes du procédé se répète de manière itérative 35 tant que le moteur est en marche : 3033364 -12- A une étape 400, on mesure la tension U,, de la sonde amont 8, qui est une sonde proportionnelle, d'où l'on déduit une richesse amont correspondante RA . A une étape 500, on mesure la tension de la sonde aval 9, qui est de préférence une sonde proportionnelle. Cette tension va servir à calculer la quantité 5 d'oxygène stocké OS soit par la modélisation du calcul intégral selon l'équation Equ.4 directement, soit par réinitialisation à la valeur [3.0SC ou par a * OSC comme expliqué plus haut. Plus précisément : à l'étape suivante 600, on compare la tension tension de la sonde aval 9 avec un seuil de tension exceptionnellement élevée Umax , par 10 exemple 870 mV. Si ledit seuil est dépassé, le procédé oriente vers une étape 700 dans laquelle on prend pour valeur de la quantité d'oxygène stockée OS courant la valeur égale à [3.0SC . Dans le cas contraire, le procédé oriente vers une deuxième étape de test 800 dans laquelle on compare la tension tension de la sonde aval 9 avec un seuil de tension exceptionnellement faible Urnii, , par exemple 150 mV. Si ledit 15 seuil est franchi, c'est-à-dire si la tension tombe en dessous du seuil, le procédé oriente vers une étape 900 dans laquelle on prend pour valeur de quantité d'oxygène stockée OS courant la valeur a * OSC. Dans le cas contraire, le procédé oriente vers l'étape 1000 dans laquelle on calcule la valeur de la quantité d'oxygène stockés OS par l'équation Equ.4 grâce aux moyens de calcul 13, selon le procédé associé qui a 20 été exposé plus haut. Le procédé se poursuit par une étape 1100 de détermination de l'écart £2 de quantité d'oxygène, qui est égal à la différence entre la quantité courante d'oxygène stockée OS à chaque instant t et la consigne de stock d'oxygène OS, . Le procédé comprend ensuite une étape1200 de détermination de la 25 correction de consigne de richesse c,, par régulation en boucle fermée de la quantité d'oxygène stocké OS autour de sa consigne OS, , grâce au deuxième régulateur 16, par utilisation de la cartographie de la figure 2, puis de la détermination de la consigne de richesse C,, par le deuxième additionneur 17. Le procédé comprend encore une étape 1300 classique de détermination 30 d'une correction du temps d'injection ti et du temps d'injection Ti par régulation en boucle fermée de la richesse amont RA autour de la consigne C,, , grâce au premier régulateur 11. Le procédé se termine par une étape de fin 1400 lorsque le moteur est arrêté. On comprend de ce qui précède que contrairement aux procédés de régulation 35 de richesse connus, on ne se sert pas ici de la tension aval U',, délivrée par la sonde 3033364 -13- aval dans la deuxième boucle d'asservissement existante du procédé pour asservir en permanence la richesse amont, mais uniquement pour déterminer une fois pour toutes au démarrage du moteur la capacité de stockage en oxygène OSC du catalyseur 4, et pour corriger occasionnellement les éventuelles dérives ou imprécisions du modèle de 5 calcul de la quantité d'oxygène stockée OS liée à la mesure des différents paramètres.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de régulation de la richesse (RA) du mélange air - carburant dans un moteur (2) à combustion interne, à allumage et injection contrôlés par un calculateur (5), comportant un catalyseur (4), comprenant une première boucle d'asservissement comportant : une première sonde (8) à oxygène proportionnelle de mesure de la concentration en oxygène des gaz d'échappement du moteur (2) en amont du catalyseur (4), à partir de laquelle le calculateur détermine la richesse du mélange admis dans le moteur ; un premier régulateur (11) de la richesse calculée (RA) à partir de ladite sonde amont (8) selon une consigne (CA) de richesse, qui délivre la correction (Te) à ajouter à la durée d'injection (ti) de base par l'intermédiaire d'un premier additionneur (12), pour déterminer la durée d'injection (Ti) de carburant à appliquer afin d'obtenir la richesse du mélange à injecter dans le moteur (2), CARACTERISE EN CE QUE la consigne (CA) de richesse de la première boucle d'asservissement est asservie en permanence à la régulation de la quantité d'oxygène stockée (OS) dans le catalyseur (4) par une deuxième boucle d'asservissement comprenant : des moyens de calcul (13) de ladite quantité d'oxygène stockée (OS) dans le catalyseur ; des moyens de détermination (14) d'une consigne de stock d'oxygène (OSe) à partir de la capacité de stockage en oxygène (OSC) du catalyseur ; et, un deuxième régulateur (16) pour la régulation de ladite quantité d'oxygène stockée (OS) selon ladite consigne de stock d'oxygène (OSe), qui délivre, en fonction de l'écart (c2) de quantité d'oxygène stockée, la correction de consigne de richesse (cA) à ajouter à une consigne de richesse de base stoechiométrique par l'intermédiaire d'un deuxième additionneur (17), pour déterminer la consigne de richesse (CA).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la consigne de stock d'oxygène (OSe) est déterminée comme un pourcentage (K) de la capacité de 3033364 -15- stockage en oxygène (OSC) du catalyseur (4).
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le pourcentage (K) est sensiblement égal à 70%.
4. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la 5 capacité de stockage en oxygène (OSC) du catalyseur (4) est calculée au cours d'une transition, provoquée par le calculateur (5), d'un mode de fonctionnement en mélange pauvre du moteur (2), apte à saturer le catalyseur en oxygène, vers un mode de fonctionnement en mélange riche du moteur (2), apte à vidanger le catalyseur de son stock d'oxygène, le début de ladite 10 saturation étant mise en évidence par le basculement d'une sonde à oxygène aval (9) du catalyseur (4) vers un niveau de tension exceptionnellement faible (Umin), et le début de ladite vidange étant mise en évidence par le basculement de ladite sonde à oxygène aval (9) vers un niveau de tension exceptionnellement élevé (Umax). 15
5. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la capacité de stockage en oxygène (OSC) est déterminée à partir du débit des gaz d'échappement (Q'h) du moteur et de la richesse (RA) provenant de la sonde amont (8), grâce à l'équation : (Eq.3) (8-a) *OSC = SAt Qech * (1- RA) *T02*dt 20 ,équation dans laquelle : T02 désigne le taux massique d'oxygène dans l'air At désigne la durée de calcul, entre l'instant où le calculateur bascule le fonctionnement du moteur en mélange riche, immédiatement après le basculement de la sonde aval vers une tension exceptionnellement faible, 25 et l'instant où la sonde aval bascule vers une tension exceptionnellement élevée a désigne une constante sensiblement égale à 90% et [3 désigne une constante sensiblement égale à 40%.
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la quantité d'oxygène 30 stockée dans le catalyseur (OS) est calculée à chaque instant (t) en fonction du débit des gaz d'échappement (Qech) traversant le moteur (2) et de la richesse (RA) du mélange air - carburant provenant de la sonde amont (8), grâce à l'équation : (Eq.4) OS = OSinit +SAt Qech * (1- RA) *T02*dt 35 ,équation dans laquelle : 3033364 -16- T02 désigne le taux d'oxygène dans l'air OSinit désigne une quantité d'oxygène stockée prédéterminée au début du calcul de l'intégration At désigne la durée de calcul, entre un instant initial (t0) correspondant à la 5 quantité d'oxygène stockée prédéterminée (OSinit) et l'instant courant (t).
7. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la quantité d'oxygène stockée dans le catalyseur (OSinit) prédéterminée est fixée à une valeur égale à [3.0SC à l'instant initial (t0) correspondant au basculement de la sonde à oxygène aval (9) vers un niveau de tension exceptionnellement élevé (Umax) 10 utilisé pour déterminer la valeur de la capacité de stockage (OSC).
8. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la quantité d'oxygène stockée (OS) est réinitialisée à une valeur égale à [3.0SC à chaque basculement ultérieur de la sonde à oxygène aval (9) vers un niveau de tension exceptionnellement élevé (Umax), et à une valeur égale à a.OSC à 15 chaque basculement ultérieur de la sonde à oxygène aval (9) vers un niveau de tension exceptionnellement faible (Umin).
9. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier régulateur (11) est de type proportionnel - intégral.
10. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé 20 en ce que le deuxième régulateur (16) sature la correction de consigne de richesse (cÀ) à une valeur constante en dehors d'une plage d'écart (c2) de quantité d'oxygène stockée comprenant la valeur 0, et qu'il applique une correction proportionnelle sur au moins une sous-plage de ladite plage d'écart.
11. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que sur la plage d'écart 25 (c2) de quantité d'oxygène stockée à l'intérieur de laquelle la correction de consigne n'est pas saturée, la correction de consigne de richesse (cÀ) est une fonction continue, croissante et affine par parties de l'écart (c2).
12. 12. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le deuxième régulateur (16) sature la correction de consigne de richesse (cÀ) à une valeur 30 constante négative en-dessous de la plage d'écart (c2) et à une valeur constante positive au-dessus de la plage d'écart (c2).
13. 13. Procédé de de régulation de la richesse (RA) du mélange air - carburant dans un moteur (2) à combustion interne, à allumage et injection contrôlés par un calculateur (5), et associé à un catalyseur (4) à l'échappement, comprenant : 35 une étape (400) au cours de laquelle on détermine la richesse (RA) du 3033364 -17- mélange admis dans le moteur à partir d'une sonde à oxygène proportionnelle amont (8) du catalyseur (4) ; une étape (1300) au cours de laquelle on régule la richesse calculée (RA) à partir de ladite sonde amont (8) selon une consigne (CA) de richesse, et on 5 délivre la correction (Te) à ajouter à une durée d'injection (ti) de base, pour déterminer la durée d'injection (Ti) de carburant à appliquer afin d'obtenir la richesse du mélange à injecter dans le moteur (2) CARACTERISE EN CE QU' Il comprend en outre au moins : 10 une étape (700,900,1000) de calcul de la quantité d'oxygène stockée (OS) dans le catalyseur (4) ; une étape (300) de détermination d'une consigne de stock d'oxygène (OSe) à partir de la capacité de stockage en oxygène (OSC) du catalyseur ; et, une étape (1200) de régulation de ladite quantité d'oxygène stockée (OS) 15 selon ladite consigne de stock d'oxygène (OSe), qui délivre, en fonction de l'écart (c2) de quantité d'oxygène stockée, la correction de consigne de richesse (cA) à ajouter à une consigne de richesse de base stoechiométrique (17), pour déterminer la consigne de richesse (CA). 20