FR3101673A1 - Procédé de réglage de la richesse d’un moteur à combustion interne à allumage commandé - Google Patents

Procédé de réglage de la richesse d’un moteur à combustion interne à allumage commandé Download PDF

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Abstract

L’invention propose un procédé de réglage de la richesse dans un moteur à combustion interne de véhicule automobile équipé d’un catalyseur amont et d’un catalyseur aval. La richesse est réglée par un premier régulateur en boucle fermée sur une consigne (Cλ) qui est corrigée en permanence par un deuxième régulateur en fonction des écarts entre une valeur de quantité d’oxygène (OS) calculée et une valeur de consigne de stock d’oxygène (OSc) dans le catakyseur amont. Ladite consigne (OSc) est définie, pour chaque valeur de débit des gaz (Qech) traversant le catalyseur et de température (Tcat) du catalyseur amont, à l’intérieur d’une plage strcitement comprise entre un seuil minimal et un seuil maximal de quantité d’oxygène (OSmin,OSmax), dont le dépassement correspond respectivement à un début de fuite de monoxyde de carbone ou d’oxydes d’azote. Selon l’invention, quand une fin de lever de pied de la pédale d’accélérateur du véhicule est détectée, on substitue à ladite consigne, pendant une durée prédéterminée, une autre consigne égale au seuil minimal de quantité d’oxygène (OSmin), apte à faire diminuer la quantité d’oxygène présente dans le catalyseur aval. Figure : Fig. 4

Description

Procédé de réglage de la richesse d’un moteur à combustion interne à allumage commandé
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne un procédé de réglage de la richesse d’un moteur à combustion interne. Elle concerne plus précisément un procédé de réglage de la richesse du mélange air-carburant dans un moteur du type à allumage commandé, dans lequel on règle en boucle fermée, sur une valeur de consigne, la quantité d’oxygène stockée dans un catalyseur trois voies amont du moteur, dans le cas où ledit catalyseur amont est associé à un deuxième catalyseur trois voies monté à son aval.
Etat de la technique
Dans un moteur à combustion interne, le réglage de la richesse, c’est-à-dire le réglage du rapport entre la quantité de carburant injectée et la quantité d’air admise dans le moteur, ramené aux proportions stœchiométriques, est destiné 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.
Dans le cas d’un moteur du type à allumage commandé, fonctionnant notamment à l’essence, l’allumage et l’injection de carburant sont souvent contrôlés électroniquement par un calculateur du moteur pour fonctionner de manière classique à richesse 1 sur la plupart des points de fonctionnement, c’est-à-dire dans les proportions stœchiométriques, selon lesquelles la quantité d’oxygène contenue dans le mélange air-carburant est exactement égale à la quantité théoriquement nécessaire pour que le carburant soit entièrement brûlé.
Au moins un catalyseur trois voies est généralement monté à l’échappement du moteur pour assurer le traitement des gaz de combustion du moteur avant qu’ils ne soient évacués dans l’atmosphère extérieure. Un tel catalyseur permet d’oxyder au moins une partie des hydrocarbures imbrûlés (HC) et du monoxyde de de carbone (CO), et de réduire au moins une partie des oxydes d’azote (NOx) 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, NOx).
Un exemple bien connu de procédé de réglage de la richesse consiste à prévoir une boucle d’asservissement comprenant une sonde à oxygène montée en amont du catalyseur (dans le sens de circulation des gaz). Un signal de sortie de la sonde, généralement une tension, qui est représentatif de la richesse, est soustrait à une valeur de consigne. Le signal d’erreur, égal à la différence entre la tension de consigne et la tension mesurée, est ensuite comparé 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 qui délivre en sortie une correction de durée d’injection de carburant à ajouter à une durée d’injection de base, pour déterminer la durée d’injection de carburant à appliquer afin d’obtenir la richesse du mélange à introduire dans le moteur, compte tenu de la quantité d’air. La durée d’injection de base est augmentée d’un terme proportionnel et d’un terme intégral.
La demande de brevet non examinée FR 19 10314 de la demanderesse vise à perfectionner le réglage de richesse obtenu par une telle simple boucle d’asservissement, afin d’augmenter notamment l’efficacité de traitement des NOx, qui peut être dégradée lors de certaines conditions de fonctionnement du moteur.
Elle propose pour cela un dispositif de réglage de la richesse du mélange air-carburant dans un moteur à combustion interne, à allumage et à injection contrôlés par un calculateur, comprenant une première boucle 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 ;
-un premier régulateur de la richesse calculée à partir de ladite sonde amont selon une consigne de richesse, qui délivre une correction à ajouter à une durée d’injection de carburant de base pour obtenir la durée d’injection de carburant à appliquer afin d’obtenir la richesse du mélange à introduire dans le moteur ;
,le dispositif comprenant en outre une deuxième boucle d’asservissement qui asservit la consigne de richesse de la première boucle d’asservissement à la régulation de la quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur, ladite deuxième boucle comportant :
-des moyens de calcul de ladite quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur ;
-un deuxième régulateur pour la régulation de ladite quantité d’oxygène stockée selon une consigne de stock d’oxygène, qui délivre une correction de consigne de richesse à ajouter à une consigne de richesse de base stœchiométrique pour obtenir ladite consigne de richesse ;
, ledit dispositif comprenant en outre :
-des moyens de détermination du débit des gaz d’échappement traversant le catalyseur ;
-des moyens de détermination de la température du catalyseur ;
-des moyens de détermination d’un seuil minimal de quantité d’oxygène et d’un seuil maximal de quantité d’oxygène en fonction dudit débit et de ladite température, correspondant respectivement à un début de fuites de monoxyde de carbone et à un début de fuites d’oxydes d’azote à l’aval du catalyseur ; et,
-des moyens de détermination de ladite consigne de stock d’oxygène à l’intérieur d’une plage comprise entre ledit seuil minimal et ledit seuil maximal de quantité d’oxygène.
Elle propose aussi un procédé de réglage de la richesse du mélange air-carburant dans un moteur à combustion interne, à allumage et à injection contrôlés par un calculateur, et associé à un catalyseur à l’échappement, comprenant :
-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 une correction de temps d’injection de carburant à ajouter à une 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 introduire dans le moteur ;
-une étape de calcul d’une quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur ;
-une étape de détermination d’une consigne de stock d’oxygène ;
-une étape de régulation de ladite quantité d’oxygène stockée selon ladite consigne de stock d’oxygène, qui délivre une correction de consigne de richesse à ajouter à une consigne de richesse de base stœchiométrique pour obtenir ladite consigne de richesse ;
-une étape au cours de laquelle on détermine le débit des gaz d’échappement traversant le catalyseur ;
-une étape au cours de laquelle on détermine la température du catalyseur ;
-une étape au cours de laquelle on détermine un seuil minimal de quantité d’oxygène et un seuil maximal de quantité d’oxygène en fonction dudit débit et de ladite température, correspondant respectivement à un début de fuites de monoxyde de carbone et à un début de fuites d’oxydes d’azote à l’aval du catalyseur ; et,
-une étape au cours de laquelle on détermine ladite consigne de stock d’oxygène à l’intérieur d’une plage comprise entre ledit seuil minimal et ledit seuil maximal de quantité d’oxygène.
A l’exception des cas où la consigne de couple du moteur est nulle (correspondant, sur un véhicule automobile, au cas où le conducteur lève complètement le pied de la pédale d’accélérateur) et des cas où la consigne de couple du moteur est le couple de pleine charge (correspondant, sur un véhicule automobile, au cas où le conducteur enfonce complètement la pédale), ces cas entraînant un réglage de la richesse en boucle ouverte respectivement sur une valeur égale à zéro ou sur une valeur strictement supérieure à 1 sans qu’une consigne de stock d’oxygène soit retenue, il est prévu que la consigne de la consigne de stock d’oxygène soit déterminée par la formule suivante :
OSc = OSmin + K x (OSmax – OSmin)
, formule dans laquelle
-OSc désigne la consigne de stocke d’oxygène
-OSmin désigne le seuil minimal de quantité d’oxygène
-OSmax désigne le seuil maximal de quantité d’oxygène
-K désigne un coefficient qui est de préférence compris entre 0,25 et 0,75, par exemple sensiblement égal à 0,3.
D’autre part, afin d’améliorer davantage la dépollution des véhicules automobiles, qui sont soumis à des normes de plus en plus sévères, un grand nombre de moteurs sont équipés d’un catalyseur trois voies supplémentaire à l’aval du catalyseur dont on règle la quantité d’oxygène stockée OS comme exposé plus haut. Un tel deuxième catalyseur est le plus souvent monté sous caisse, le premier catalyseur étant généralement monté dans le compartiment moteur pour pouvoir monter plus vite en température, mais étant alors limité en taille, et donc en capacité de traitement, par l’espace disponible.
Comme pour le premier catalyseur, ou catalyseur amont, dont on règle la quantité d’oxygène stockée, l’efficacité de conversion des polluants par le deuxième catalyseur, ou catalyseur aval, dépend de la quantité d’oxygène courante qui y est stockée. Or, quand on règle la quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur amont en utilisant le procédé décrit dans la demande de brevet FR 19 10314, on constate que le catalyseur aval a tendance à être en permanence rempli d’oxygène, ce qui est néfaste au traitement des oxydes d’azote.
En effet, en temps normal, c’est-à-dire dans les cas où une consigne de stock d’oxygène OSc est donnée à l’intérieur d’une plage strictement comprise entre le stock minimal de quantité d’oxygène OSmin et le stock maximal de quantité d’oxygène, on n’observe aucune fuite d’oxygène, ni d’hydrocarbures imbrûlés ou de monoxyde de carbone à l’aval du catalyseur amont, qui seraient susceptibles de modifier la quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur aval.
En revanche, le conducteur est généralement amené à lever le pied assez souvent de la pédale d’accélérateur : cela se produit notamment dans les pentes descendantes, où le conducteur souhaite bénéficier du frein moteur, ou encore lors des passages de vitesse descendants ou à l’approche des feux rouges jusqu’au débrayage. A chaque occurrence, on coupe l’injection de carburant, ce qui entraîne un afflux d’air pur dans le moteur. Si le lever de pied dure assez longtemps, non seulement le catalyseur amont se sature d’oxygène, mais aussi, les fuites d’oxygène à l’aval du catalyseur amont saturé viennent ensuite augmenter la quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur aval, parfois jusqu’à saturation également. Cet oxygène n’est pas consommé lors du réattelage, c’est-à-dire lorsque la pédale d’accélérateur est à nouveau au moins partiellement enfoncée, car le choix de la consigne de stock d’oxygène OSc ne permet pas qu’il y ait des fuites de HC et/ou CO à l’aval du catalyseur amont, qui pourraient consommer cet oxygène à l’intérieur du catalyseur aval.
Inversement, les cas de passage à la pleine charge du moteur, correspondant à un pied à fond sur la pédale d’accélérateur, et dans lesquels on utilise un mélange ayant une richesse strictement supérieure à 1, sont nettement moins fréquents. On ne dispose donc que très rarement d’un apport de carburant imbrûlé qui serait susceptible de vider le catalyseur amont, puis le catalyseur aval, de son oxygène. On notera d’ailleurs que de tels cas de richesse strictement supérieure à 1 deviennent exceptionnels sur les véhicules hybrides, dans lesquels on complète le couple moteur par un couple délivré par une machine électrique pour éviter de fonctionner sur les points les plus défavorables en consommation de carburant du moteur, ou encore grâce à l’emploi de certaines autres technologies comme par exemple l’injection d’eau à l’admission.
On comprend de ce qui précède que le catalyseur aval a tendance à être presque constamment saturé en oxygène et qu’il existe un besoin d’éliminer, ou au moins de limiter une telle saturation, afin d’améliorer les performances de dépollution globales des deux catalyseurs.
Présentation de l’invention
La présente invention vise à remédier à ces défauts des procédés connus de réglage de la richesse du mélange air-carburant dans les moteurs à allumage commandé, plus particulièrement les défauts du procédé selon la demande de brevet FR 19 10314, dans lesquels la quantité d’oxygène stockée dans un premier catalyseur est régulée autour d’une consigne de stock d’oxygène, dans le cas où ledit premier catalyseur est associé à un deuxième catalyseur aval.
Elle propose pour cela un dispositif de réglage de la richesse du mélange air-carburant dans un moteur à combustion interne de véhicule automobile, à allumage et à injection contrôlés par un calculateur, comprenant un catalyseur amont, un catalyseur aval, et une première boucle 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 amont du moteur, à partir de laquelle le calculateur détermine la richesse du mélange admis dans le moteur ;
-un premier régulateur de la richesse calculée à partir de ladite sonde amont selon une consigne de richesse, qui délivre une correction à ajouter à une durée d’injection de carburant de base pour obtenir la durée d’injection de carburant à appliquer afin d’obtenir la richesse du mélange à introduire dans le moteur ;
,le dispositif comprenant en outre une deuxième boucle d’asservissement qui asservit la consigne de richesse de la première boucle d’asservissement à la régulation de la quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur amont, ladite deuxième boucle comportant :
-des moyens de calcul de ladite quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur amont ;
-un deuxième régulateur pour la régulation de ladite quantité d’oxygène stockée selon une consigne de stock d’oxygène, qui délivre une correction de consigne de richesse à ajouter à une consigne de richesse de base stœchiométrique pour obtenir ladite consigne de richesse,
, ledit dispositif comprenant en outre :
-des moyens de détermination du débit des gaz d’échappement traversant le catalyseur amont ;
-des moyens de détermination de la température du catalyseur amont ;
-des moyens de détermination d’un seuil minimal de quantité d’oxygène et d’un seuil maximal de quantité d’oxygène en fonction dudit débit et de ladite température, correspondant respectivement à un début de fuites de monoxyde de carbone et à un début de fuites d’oxydes d’azote à l’aval du catalyseur amont ; et,
-des moyens de détermination de ladite consigne de stock d’oxygène à l’intérieur d’une plage comprise entre ledit seuil minimal et ledit seuil maximal de quantité d’oxygène.
La principale caractéristique du dispositif selon l’invention est qu’il comprend des moyens de détection de la fin d’une phase de lever de pied de la pédale d’accélérateur du véhicule, et qui sont aptes remplacer ladite consigne de stock d’oxygène par une consigne égale au seuil minimal de stock d’oxygène pendant une durée prédéterminée à partir de ladite détection.
L’invention propose aussi un procédé de réglage de la richesse du mélange air-carburant dans un moteur à combustion interne, à allumage et à injection contrôlés par un calculateur, et associé à un catalyseur amont et à un catalyseur aval à l’échappement, comprenant :
-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 une correction de temps d’injection de carburant à ajouter à une 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 introduire dans le moteur ;
-une étape de calcul d’une quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur amont;
-une étape de détermination d’une consigne de stock d’oxygène ; et,
-une étape de régulation de ladite quantité d’oxygène stockée selon ladite consigne de stock d’oxygène, qui délivre une correction de consigne de richesse à ajouter à une consigne de richesse de base stœchiométrique pour obtenir ladite consigne de richesse,
-une étape au cours de laquelle on détermine le débit des gaz d’échappement traversant le catalyseur amont ;
-une étape au cours de laquelle on détermine la température du catalyseur amont ;
-une étape au cours de laquelle on détermine un seuil minimal de quantité d’oxygène et un seuil maximal de quantité d’oxygène en fonction dudit débit et de ladite température, correspondant respectivement à un début de fuites de monoxyde de carbone et à un début de fuites d’oxydes d’azote à l’aval du catalyseur amont ; et,
-une étape au cours de laquelle on détermine ladite consigne de stock d’oxygène à l’intérieur d’une plage comprise entre ledit seuil minimal et ledit seuil maximal de quantité d’oxygène.
La principale caractéristique du procédé selon l’invention est qu’il comprend :
-une étape au cours de laquelle on détermine une première valeur de consigne comme égale une valeur strictement comprise entre ledit seuil minimal et ledit seuil maximal, et une deuxième valeur de consigne comme égale audit seuil minimal ;
-une étape au cours de laquelle on détecte la fin d’une phase de lever de pied de la pédale d’accélérateur du véhicule ;
-une étape au cours de laquelle, en l’absence de détection d’une telle fin de lever de pied, ladite consigne de stock d’oxygène est égale à la première valeur de consigne ; et,
Une étape au cours de laquelle, en cas d’une telle détection, ladite consigne de stock d’oxygène est égale à la deuxième valeur de consigne pendant une durée prédéterminée, après laquelle elle est de nouveau égale à la première valeur de consigne.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention, à l’appui des figures annexées, dans lesquelles :
est une vue schématique d’un dispositif de motorisation apte à la mise en œuvre du procédé selon l’invention.
est une vue schématique du catalyseur trois voies de la figure 1 associé à des sondes à oxygène amont et aval.
est une vue qui représente schématiquement un dispositif de réglage de la richesse selon l’invention.
est un logigramme des étapes d’un mode de réalisation du procédé selon l’invention.
Description détaillée des figures
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.
Sur la figure 1, on a représenté un dispositif de motorisation 1 apte à la mise en œuvre du procédé selon l’invention. Le dispositif comprend un moteur à combustion interne 2 du type à allumage commandé (fonctionnant notamment à l’essence), par exemple à injection directe, grâce à des injecteurs de carburant (non représentés) aptes à injecter le carburant dans les différents cylindres du moteur. Il peut s’agir d’un moteur à aspiration naturelle ou suralimenté. Il peut encore présenter d’autres particularités non représentées, comme par exemple 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. Sur cet exemple illustré par la figure 1, le moteur se présente sous la forme d’un moteur à quatre cylindres en ligne.
Pour la combustion du carburant dans Le moteur aspire de l’air dans l’atmosphère extérieure, qui pénètre dans un circuit d’admission d’air du moteur dans le sens de la flèche A. S’agissant d’un moteur à allumage commandé, la quantité (débit massique) d’air Qair pénétrant dans le moteur est dosée grâce à une vanne 4, ou boîtier-papillon 4, du moteur. Le circuit d’admission d’air comprend des moyens de détermination 5 de la quantité d’air admise dans le moteur, qui se présentent ici sous la forme d’un débitmètre 5. En variante classique, il est aussi possible de déterminer la quantité d’air à partir d’une mesure de la pression Pcoll et de température Tcoll dans un répartiteur 6, ou collecteur d’admission 6 du moteur, du régime N du moteur et d’une valeur de rendement de remplissage ηrempl du moteur. Par rendement de remplissage, on entend de manière connue le rapport de la quantité d’air qui pénètre réellement dans les cylindres du moteur, divisée par la quantité d’air qui peut théoriquement y pénétrer.
Les gaz de combustion du moteur sont évacués dans l’atmosphère extérieure par l’intermédiaire d’un circuit d’échappement 7 du moteur, dans le sens de la flèche G. Le circuit d’échappement comprend un premier catalyseur 8, qui est un catalyseur trois voies (ou TWC pour : Three Way Catalyst) qui est apte à traiter dans une certaine proportion les molécules polluantes d’e monoxyde de carbone (CO), d’hydrocarbures imbrûlés (HC) et d’oxydes d’azote (NOx) contenues dans les gaz de combustion du moteur, avant que ces derniers ne soient rejetés dans l’atmosphère extérieure. Le circuit d’échappement peut comporter des dispositifs de dépollution supplémentaires d’autre nature (non représentés), par exemple un filtre à particules, qui ne rentrent pas dans le cadre de l’invention.
Le catalyseur amont 8 est associé, pour le réglage de la richesse du mélange air-carburant admis dans le moteur selon l’invention, à une sonde à oxygène amont 9, c’est-à-dire une sonde à oxygène montée à l’entrée du catalyseur, dans le sens de circulation des gaz de combustion, et à une sonde à oxygène aval 10, c’est-à-dire à une sonde à oxygène montée à la sortie du catalyseur amont 8, dans le sens de circulation des gaz de combustion. La sonde à oxygène amont 9 est du type proportionnel et la sonde à oxygène aval 10 est du type binaire (sans exclure toutefois la possibilité d’une sonde proportionnelle, une telle sonde n’étant pas indispensable néanmoins à la mise en œuvre de l’invention).
En outre, le dispositif de motorisation comprend des moyens de détermination d’une valeur de la température Tcat du catalyseur, et des moyens de détermination d’une valeur de la température T’λ de la sonde à oxygène aval 10.
Les moyens de détermination de la température du catalyseur amont Tcat peuvent se présenter dans un mode simplifié sous la forme d’un capteur de température amont 11 du catalyseur amont, ou d’un capteur de température aval 12 du catalyseur amont, ou de l’ensemble des deux capteurs amont 11 et aval 12 et de moyens de calcul à partir desquels on détermine la température du catalyseur amont Tcat comme la moyenne de la température amont et de la température aval. Il peut s’agir aussi d’un modèle plus sophistiqué d’estimation de la température du catalyseur amont à partir de la température amont du catalyseur amont et d’un historique du point de fonctionnement du moteur (régime et charge notamment). D’autres variantes sont possibles sans nuire à la généralité de l’invention.
Les moyens de détermination de la température T’λ de la sonde à oxygène aval 10 peuvent être, comme il est représenté sur la figure 1, un capteur de température aval 12 du catalyseur amont situé à proximité immédiate de la sonde. En variante non représentée, il peut s’agir d’un capteur de température spécifique.
En outre, dans le cadre de l’invention, le dispositif de motorisation comprend un deuxième catalyseur trois voies 13, ou catalyseur aval 13, qui est monté dans le circuit d’échappement du moteur après la sortie du catalyseur amont 8.
Un système électronique de commande 14 du moteur, ou calculateur 14, permet de déterminer une quantité (débit) de carburant Qcarb à injecter dans le moteur pour que la richesse du mélange soit la plus proche d’une valeur de consigne de richesse donnée. Il est aussi possible au calculateur 13 de déterminer un temps d’injection Tidu carburant qui correspond à la quantité Qcarb à injecter.
Pour cela, il convient de fournir au calculateur 14 des informations et des paramètres tels que la quantité d’air Qair admise dans le moteur et une information représentative de la richesse du mélange air-carburant visée. Ainsi, le calculateur 14 est relié, sur l’exemple de la figure 1, au moins au débitmètre 5 et à la sonde à oxygène amont 9. Le débitmètre indique la quantité de carburant et la sonde à oxygène amont 9, qui est une sonde de type proportionnel, fournit une mesure de la richesse Rλ en amont du catalyseur par l’intermédiaire d’un signal de sortie qui est généralement une valeur de tension Uλ.
Le calculateur 14 est aussi relié à la sonde à oxygène aval 10, qui se peut se présenter sous la forme d’une sonde binaire (sans exclure la possibilité d’une sonde proportionnelle), aux moyens de détermination de la température du catalyseur Tcat (i.e. par exemple au capteur de température amont 11 et/ou aval 12 sur l’exemple de la figure), et aux moyens de détermination de la température de la sonde à oxygène aval T’λ (i.e. au capteur de température aval 12 sur l’exemple de la figure). L’intérêt de ces capteurs est détaillé par la suite.
De plus, pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention, le calculateur 14 est aussi relié à des moyens de détermination d’une valeur de consigne de couple Csp du moteur. Ces moyens peuvent se présenter par exemple sous la forme d’une pédale d’accélérateur du véhicule. De manière connue en soi, un potentiomètre de la pédale d’accélérateur permet de déterminer le degré d’enfoncement de celle-ci, la consigne de couple Csp étant déterminée en fonction dudit enfoncement et du régime du moteur.
La figure 2 représente de manière agrandie le catalyseur 8 de la figure 1 associé à la sonde à oxygène amont 9 et à la sonde à oxygène aval 10, sur laquelle on a fait apparaître de manière schématique la capacité de stockage d’oxygène, ou OSC (de l’acronyme anglais pour : Oxygen Storage Capacity) du catalyseur amont 8, qui est la masse d’oxygène maximale que ledit catalyseur est capable de stocker, et la quantité d’oxygène stockée.
Cette figure schématise le fait que la quantité d’oxygène stockée OS est en permanence égale à une fraction de la capacité de stockage en oxygène OSC, cette dernière étant elle-même une fonction du débit des gaz d’échappement Qech traversant le catalyseur amont et de la température dudit catalyseur amont Tcat.
La capacité de stockage en oxygène OSC peut être avantageusement déterminée et mise à jour régulièrement après chaque démarrage du moteur 2, sur un point de débit des gaz d’échappement Qech et de température de catalyseur amont Tcat correspondant à un cycle de fonctionnement particulier du moteur réalisé après le démarrage du moteur, qui est décrit plus bas, afin de déterminer un facteur de vieillissement V ou de dégradation du catalyseur amont. Par facteur de vieillissement, en entend ici le pourcentage résiduel de la capacité de stockage en oxygène du catalyseur amont à l’état neuf et en parfait état OSCneuf , que le catalyseur amont conserve à un moment donné, pour le même point de débit des gaz d’échappement Qech et de température du catalyseur amont Tcat. Selon un calcul simplifié, on peut appliquer la formule suivante :
OSC = V x OSCneuf
Notamment, pour un catalyseur neuf et en parfait état, on prend V = 1, et pour un catalyseur totalement dégradé on prend V = 0.
Dans un mode perfectionné, on peut tenir compte du fait qu’un catalyseur très usé, tel qu’un catalyseur qui sert aux caractérisations de seuils de diagnostic embarqué dit diagnostic OBD (de l’acronyme anglais pour : On Board Diagnostic) présente une capacité de stockage en oxygène résiduelle OSCobd non nulle, par exemple de l’ordre du dixième de la valeur d’un catalyseur neuf dans les mêmes conditions. Le calcul du facteur de vieilllissement peut se faire en appliquant la formule suivante :
OSC – OSCobd = V x (OSCneuf – OSCobd)
Pour déterminer l’OSC, le calculateur du moteur peut notamment profiter de la première occurrence d’un lever de pied assez long de la pédale de l’accélérateur de la part du conducteur, après le démarrage du moteur, pour provoquer un cycle de fonctionnement forcé du moteur, consistant à provoquer une transition d’un mode de fonctionnement à richesse nulle vers un mode de fonctionnement à richesse strictement supérieure à 1.Plus précisément, dans un premier temps, le fonctionnement du moteur avec une richesse nulle, correspondant à une coupure d’injection de carburant, fait saturer le catalyseur amont 8 en oxygène, pour peu que le lever de pied soit suffisamment long. Bien entendu, si le lever de pied dure plus de temps qu’il ne faut pour saturer le catalyseur amont en oxygène, alors on observe ensuite une fuite d’oxygène à l’aval du catalyseur amont, qui entraîne un remplissage en oxygène du catalyseur aval, parfois jusqu’à saturation.
Après cette phase de saturation en oxygène du catalyseur amont, le calculateur applique un niveau de richesse strictement supérieur à 1 lors de la reprise après coupure d’injection ; par exemple une richesse égale à 1,05 , de façon à laisser le catalyseur amont 8 se vider progressivement de son oxygène, jusqu’à ce que la sonde binaire aval 10 bascule au-dessus d’un seuil de tension U’λ précalibré.
La valeur de l’OSC, pour le débit des gaz d’échappement Qech et la température Tcat considérés, est calculée comme l’intégrale temporelle, depuis la fin de la coupure d’injection et jusqu’à l’instant de basculement de la tension de la sonde binaire, du produit du débit d’échappement Qech , du taux d’oxygène dans l’air τO2, par exemple 21%, et d’un facteur égal à 1 moins la richesse en amont Rλ correspondant à la mesure de la tension Uλ de la sonde amont.
La valeur courante de la quantité d’oxygène présente dans le catalyseur peut être calculée par un calcul intégral similaire. Pour cela, on fait la somme d’une valeur initiale connue de la quantité d’oxygène OSinit et de l’intégrale temporelle du produit du débit, du taux d’oxygène dans l’air et d’un facteur égal à 1 moins richesse amont, pendant l’intervalle de temps séparant l’instant de l’initialisation de l’instant courant. En ce qui concerne ladite valeur initiale, il peut s’agir, par exemple selon l’état de la technique, soit de l’OSC calculé comme indiqué précédemment après un lever de pied suffisamment long pour saturer le catalyseur amont en oxygène, soit d’une valeur nulle après un réglage du moteur en mélange riche suffisamment long pour vider le catalyseur amont de son oxygène. Ce dernier cas de figure peut se présenter notamment dans des conditions de pleine charge du moteur, pour lesquelles il est connu de limiter la température à l’échappement en réglant la richesse en boucle ouverte sur une consigne de richesse strictement supérieure à 1.
Sur la figure 3, on a représenté schématiquement un dispositif de réglage de la richesse selon l’invention, apte à la mise en œuvre du procédé selon l’invention conforme à la figure 4.
L’invention est basée, comme la demande de brevet FR 19 10314 dont elle est un perfectionnement, sur la constatation du fait que, lorsqu’on caractérise un catalyseur avec une sonde binaire en aval dudit catalyseur, l’efficacité maximale dudit catalyseur est conservée tant qu’une richesse des gaz d’échappement strictement égale à 1 à l’aval du catalyseur R’λ est respectée. Quand cette condition n’est pas remplie, l’efficacité chute, jusqu’à atteindre une valeur nulle.
Il convient donc généralement de faire fonctionner le moteur de façon à rester en dehors de ces zones de fonctionnement dites « de fuite ». Toutefois, quand un tel catalyseur est associé à un catalyseur aval qui a tendance à se saturer en oxygène à la suite à des coupures fréquentes d’injection de carburant, il peut être au contraire avantageux de provoquer des fuites de CO et/ou de HC en aval du catalyseur amont, pour que ces espèces ayant fuité puissent se combiner avec l’oxygène présent dans le catalyseur aval, afin de le désaturer. On peut ainsi rétablir une meilleure capacité de traitement des NOx à l’intérieur du catalyseur aval.
Il existe, pour chaque valeur de débit d’échappement Qech et de température du catalyseur amont Tcat , une plage de valeurs de quantité d’oxygène OS comprise entre un premier seuil, ou seuil minimal, de quantité d’oxygène OSmin et un deuxième seuil, ou seuil maximal de quantité d’oxygène OSmax à l’intérieur de laquelle la conversion des polluants est complète ou quasi-complète. Ces seuils peuvent être déterminés, pour chaque valeur de débit Qech et de température Tcat, en observant le basculement du signal de richesse R’λ , c’est-à-dire de tension U’λ, au-delà d’un seuil qui dépend de la résistance interne de la sonde, qui est une fonction de sa température T’λ, pour le débit de gaz d’échappement Qech considéré.
Plus précisément, lorsque le moteur fonctionne en mélange riche, plus le débit des gaz est élevé, plus les gaz de combustion émis par le moteur contiennent du monoxyde de carbone CO et des hydrocarbures imbrûlés HC. Alors, lorsque l’OS du catalyseur amont est inférieur au seuil minimal OSmin (correspondant à ce débit et à la température du catalyseur), il y a un risque de fuites de CO et de HC à l’aval dudit catalyseur amont, ces fuites étant détectées par un basculement de la tension U’λ de la sonde aval au-dessus d’un seuil maximal de tension U’max qui dépend de la résistance interne de la sonde et qui est calibré en fonction de la température T’λ de cette dernière et du débit d’échappement Qech.
De la même manière, lorsque le moteur fonctionne en mélange pauvre, plus le débit des gaz est élevé, plus les gaz de combustion émis par le moteur contiennent des oxydes d’azote NOx. Alors, lorsque l’OS du catalyseur est supérieur au seuil maximal OSmax (correspondant à ce débit et à la température du catalyseur amont), il y a un risque de fuites de NOx à l’aval dudit catalyseur amont, ces fuites étant détectées par un basculement de la tension U’λ de la sonde aval en dessous d’un seuil minimal de tension U’min qui dépend également de la résistance interne de la sonde et qui est calibré en fonction de la température T’λ de cette dernière et du débit d’échappement Qech.
L’invention vise à faire en sorte que la richesse du moteur soit réglée de telle manière que l’OS du catalyseur reste strictement à l’intérieur de la plage comprise entre les seuils inférieur OSmin et supérieur OSmax de quantité d’oxygène, sauf juste après la fin d’une coupure d’injection de carburant suffisamment longue dans le moteur, où l’on commence par régler la richesse de manière que l’OS tende vers le seuil inférieur OSmin. Pour cela, on régule habituellement l’OS en boucle fermée autour d’une consigne de quantité d’oxygène stockée OSc qui est définie strictement à l’intérieur de ladite plage par une formule du type :
OSc = OSmin + K x (OSmax – Osmin)
K est un coefficient compris strictement entre 0 et 1 et de préférence entre 0,25 et 0,75. Dans un mode simplifié on peut prendre K = 0,5 ce qui correspond à une prise de risque identique quant aux fuites de CO ou de NOx. En variante, compte tenu de la sévérité des normes de dépollution concernant les NOx, on prendra une valeur K sensiblement égale à 0,3. La régulation de richesse du moteur aura alors tendance à favoriser légèrement le réglage du moteur en mélange riche et à faire diminuer les quantités d’oxygène stockées OS, ce qui correspond à un risque de fuites de NOx moindre que le risque de fuites de CO.
Mais, selon l’invention, dans le cas où un lever de pied est suffisamment long pour faire saturer le catalyseur amont en oxygène et provoquer une fuite d’oxygène vers le catalyseur aval 13, on règle d’abord l’OS du catalyseur amont sur une consigne de stock d’oxygène OSc qui est égale à la valeur du seuil minimal de quantité d’oxygène OSmin pendant une durée prédéterminée, après quoi on poursuit la régulation sur une consigne OSc qui est déterminée par la formule indiquée précédemment. En d’autres termes, on substitue à cette consigne finale, une consigne préliminaire qui est plus faible et qui permet de provoquer des fuites de CO et de HC.
Préalablement à la mise en œuvre du procédé selon l’invention par un calculateur embarqué à bord du véhicule, on établit une première cartographie dont les entrées sont le débit des gaz Qech et la température du catalyseur amont Tcat et dont la sortie est le seuil minimal de quantité d’oxygène d’un catalyseur amont neuf OSmin,neuf, et on établit une deuxième cartographie dont les entrées sont identiques et dont la sortie est le seuil maximal OSmax,neuf de quantité d’oxygène d’un catalyseur amont neuf. Ces cartographies sont établies sur la base d’un catalyseur amont neuf et en parfait état, dont la capacité de stockage en oxygène OSCneuf est connue. Les deux cartographies sont stockées dans une mémoire du calculateur.
Par ailleurs, chaque valeur dudit seuil minimal OSmin,neuf (Qech,Tcat) est associée à une table de valeurs de seuils maximaux de tension U’max dépendant de la température de la sonde T’λ et du débit Qech. De même, chaque valeur dudit seuil maximal OSmax,neuf(Qech,Tcat) est associée à une table de valeurs de seuils minimaux de tension U’max dépendant de la température de la sonde T’λ et du débit Qech. Ces tables sont également stockées dans le calculateur.
A l’appui de la figure 3, le dispositif de réglage comprend une simple boucle d’asservissement, comprenant la sonde à oxygène amont 9 de type proportionnel, destinée à la mesure de la concentration en oxygène des gaz d’échappement du moteur en amont du catalyseur amont 8. Cette sonde amont 9 délivre un signal de tension Uλ correspondant à une valeur de richesse Rλ. Cette richesse Rλ est comparée avec une consigne de richesse Cλ dans un comparateur 24 qui délivre l’écart ε1 entre la richesse Rλ estimée à partir de la tension mesurée Uλ et la consigne de richesse Cλ à suivre. Cette simple boucle comprend également un régulateur 25 de la richesse, par exemple de type proportionnel – intégral (« PI ») qui reçoit en entrée la valeur de l’écart ε1 et qui fournit en sortie la correction Tc à ajouter à une durée d’injection de carburant ti de base (qui correspond à la richesse stœchiométrique) par l’intermédiaire d’un additionneur 26, pour déterminer la durée d’injection Ti de carburant à appliquer afin d’obtenir la richesse du mélange air-carburant à injecter dans le moteur 2. Bien entendu, chaque quantité de carburant est déterminée à partir d’une valeur de quantité d’air Qair, par exemple mesurée par le débitmètre 5.
En outre, le dispositif comprend une deuxième boucle d’asservissement comprenant : la sonde à oxygène amont 9 ; des moyens de calcul 27 de la quantité d’oxygène OS stockée dans le catalyseur amont 8; des moyens de comparaison 28 entre ladite quantité d’oxygène stockée OS et une consigne de stock d’oxygène OSc ; un deuxième régulateur 29, qui est un régulateur de quantité d’oxygène stockée ; un deuxième additionneur 30.
La consigne de richesse Cλ de la simple boucle est délivrée par le deuxième additionneur 30. Celui-ci additionne une consigne de richesse de base, égale à 1, à une correction de consigne de richesse cλ qui est délivrée par le deuxième régulateur 29 à partir de l’écart ε2 entre, d’une part, la valeur de la quantité d’oxygène stockée OS dans le catalyseur amont 8, délivrée par les moyens de calcul 27, et d’autre part, la consigne de stock d’oxygène OSc, qui est délivrée par des moyens spécifiques à l’invention qui sont détaillés plus bas. Ladite consigne OSc est soustraite de ladite quantité stockée OS dans le comparateur 28 qui délivre ledit écart ε2 au deuxième régulateur 29 Le deuxième additionneur 20 fournit en sortie la valeur de consigne de richesse Cλ de la simple boucle.
Le deuxième régulateur 29 est par exemple du type Proportionnel-Intégral. En variante, il peut présenter par exemple une fonction de transfert telle que celle qui est décrite dans la publication FR-A1-3033364. Plus précisément, en dehors d’une plage d’écart ε2 comprenant la valeur 0, la correction de consigne de richesse cλ est saturée à une valeur constante négative en dessous de la plage d’écart et à une valeur constante positive au-dessus de la plage d’écart ; à l’intérieur de la plage d’écart, la correction de consigne cλ est une fonction continue, croissante et affine par parties de l’écart ε2.
Le dispositif comprend des moyens de détermination 31 du débit Qech des gaz d’échappement, par exemple des moyens qui calculent le débit d‘échappement Qech comme la somme du débit d’air admis Qair et du débit de carburant Qcarb ; des moyens 11,12 de détermination de la température du catalyseur Tcat ; des moyens de détermination 32 d’un seuil minimal de quantité d’oxygène OSmin et d’un seuil maximal de quantité d’oxygène OSmax à partir dudit débit Qech et de ladite température Tcat, et des moyens 33 de calcul de la consigne de quantité d’oxygène OSc à partir desdits seuils minimal et maximal OSmin,OSmax.
Par exemple, le débit des gaz d’échappement est obtenu comme la somme du débit d’air Qair mesuré par le débitmètre d’air 5 et du débit de carburant correspondant au temps d’injection de carburant Ti.
Par exemple, les valeurs de seuil minimal et maximal OSmin,OSmax, se déduisent, pour un débit Qech et une température Tcat donnés, des valeurs de seuil minimal et maximal de quantité d’oxygène du catalyseur amont neuf OSmin,neuf , OSmax,neuf stockées respectivement dans la première et dans la deuxième cartographies, en multipliant respectivement lesdites valeurs par le facteur de vieillissement V déterminé après démarrage du véhicule (ou lors du roulage précédent si l’on n’a pas encore recalculé et mis à jour la valeur de l’OSC).
Par exemple, la consigne de stock d’oxygène OSc est déterminée grâce aux moyens de calcul 33 par la formule décrite plus haut :
OSc = OSmin + K x (OSmax – OSmin)
Le coefficient K est compris strictement entre 0 et 1, de préférence entre 0,25 et 0,75, par exemple sensiblement égal à 0,3.
Toutefois, selon l’invention, le dispositif comprend aussi des moyens 34 des moyens de détection de la fin d’une phase de fonctionnement du moteur avec une consigne de couple nulle, et qui sont aptes remplacer ladite consigne de stock d’oxygène OSc provenant de la formule précédente par une consigne égale au seuil minimal de stock d’oxygène OSmin pendant une durée prédéterminée à partir de ladite détection.
Par exemple, ces moyens 34 peuvent détecter un signal d’enfoncement au moins partiel de la pédale d’accélérateur par un conducteur du véhicule sur lequel le dispositif de motorisation est embarqué, faisant suite à une phase dans laquelle la pédale était complètement relâchée. Les moyens peuvent alors appliquer la substitution provisoire de consigne OSc pendant une durée prédéterminée.
En variante améliorée, ces moyens 34 peuvent observer le signal de tension de la sonde à oxygène aval 10. Le basculement du signal de tension U’λ en dessous d’un seuil minimal révèle une fuite d’oxygène à l’aval du catalyseur aval, c’est-à-dire la saturation du catalyseur amont 8 en oxygène. Les moyens peuvent alors déterminer la durée écoulée entre le basculement de la sonde aval 10 et la fin du lever de pied, et appliquer une consigne OSc égale à la valeur minimale de stock d’oxygène OSmin pendant une durée qui est une fonction croissante de cette durée écoulée.
Avantageusement, le dispositif de réglage selon l’invention comprend en outre des moyens de réinitialisation de la valeur de la quantité d’oxygène stockée OS calculée par les moyens de calcul 17. Il comprend la sonde à oxygène aval 10, qui délivre un signal de tension U’λ , les moyens de détermination 12 de la température de la sonde T’λ et les moyens de détermination du débit Qech des gaz d’échappement 21. Il comprend des moyens de comparaison du signal de tension U’λ avec le seuil minimal de tension U’min et avec le seuil maximal de tension U’max, qui dépendent du débit d’échappement et de la température de la sonde T’λ.
Tant que la tension reste à l’intérieur de la plage comprise entre le seuil minimal et le seuil maximal, le calcul de l’OS se poursuit par la méthode de calcul intégral classique qui a été exposée plus haut. Cependant, si la tension atteint le seuil minimal de de tension U’min, le calcul de l’OS est immédiatement réinitialisé à une valeur égale au seuil maximal de quantité d’oxygène OSmax, quel que soit le résultat du calcul intégral. De la même manière, si la tension atteint le seuil maximal de tension U’max, le calcul de l’OS est immédiatement réinitialisé à une valeur égale au seuil minimal de quantité d’oxygène OSmin, quel que soit le résultat du calcul intégral.
Cette réinitialisation permet de pallier les erreurs d’arrondis et d’écarts de mesures de richesse Rλ cumulées qui peuvent fausser le calcul intégral. Dans le cadre d’un fonctionnement normal de l’invention, on peut choisir des régulateurs suffisamment rapides pour que, dans l’hypothèse où le calcul intégral est exact, la quantité d’oxygène stockée OS converge sur sa consigne OSc sans sortir de la plage comprise entre le seuil minimal OSmin et le seuil maximal.
Dans ces conditions, l’observation d’un basculement du signal de tension de la sonde aval U’λ, qui témoigne de l’atteinte du seuil minimal ou maximal de quantité d’oxygène OSmin,OSmax est révélatrice d’un mauvais calcul de l’OS. La réinitialisation qui vient d’être exposée permet d’y remédier. On appliquera cette réinitialisation en dehors des cas où la consigne OSc est provisoirement égale au seuil minimal de quantité d’oxygène OSmin.
La figure 4 illustre les étapes du procédé selon l’invention. Le procédé comprend une étape d’initialisation 100, dans laquelle on démarre le moteur, les données relatives au catalyseur amont 8 neuf étant stockées dans le calculateur : capacité de stockage en oxygène du catalyseur amont 8 neuf OSCneuf ; première et deuxième cartographies de seuils minimal et maximal de quantité d’oxygène du catalyseur amont neuf OSmin,neuf ,OSmax,neuf  ; tables de seuils maximal et minimal de tension U’max,U’min associées.
Le procédé proprement dit se poursuit par une étape 200 de détermination de la valeur courante de la capacité de stockage en oxygène OSC du catalyseur amont 8, qui intervient dès que possible après le démarrage du moteur, lors du premier lever de pied de la part du conducteur du véhicule, puis par une étape de calcul du facteur de vieillissement V. Il se poursuit ensuite par une étape de mise à jour 310 de la première et de la deuxième cartographie, dans laquelle on applique le facteur de vieillissement V.
On notera que pendant la période comprise entre le démarrage du moteur et la détermination de la capacité de stockage en oxygène OSC, on conserve la valeur obtenue précédemment et la valeur de facteur de vieillissement V correspondante, qui est stockée en mémoire du calculateur.
Le procédé comprend ensuite une première série d’étapes itératives 320 à 1600. A l’étape 320, on détermine une première valeur de consigne de stock d’oxygène OSc1 qui est strictement comprise entre le seuil minimal OSmin et le seuil maximal OSmax de quantité d’oxygène par la formule déjà mentionnée plus haut :
OSc1 = OSmin + K x (OSmax – OSmin)
On détermine aussi une deuxième valeur de consigne, ou consigne provisoire, de stock d’oxygène OSc2 qui est égale au seuil minimal de quantité d’oxygène OSmin.
Le procédé comprend une étape 330 de test au cours de laquelle on détecte un instant de fin de lever de pied. Si une telle fin de lever de pied n’est pas détectée, le procédé oriente vers une étape 340 dans laquelle la consigne de quantité d’oxygène stockée OSc1 est immédiatement égale à la première valeur de consigne OSc1.
Dans le cas contraire, le procédé oriente vers une étape 350 dans laquelle la consigne de quantité d’oxygène est égale à la deuxième valeur de consigne OSc2, puis vers une étape 360 dans laquelle on compare la durée écoulée depuis la fin du lever de pied avec un seuil de durée Δt. Tant que cette durée n’est pas écoulée, le procédé oriente vers l’étape 400 à partir de laquelle la régulation de richesse proprement dite est réalisée. Lorsque la durée Δt est écoulée, le procédé oriente vers une étape 370 dans laquelle la co,signe de stock d’oxygène OSc est à nouveau égale à la première consigne OSc1.
A l’issue des étapes 340 ou 370, le procédé se poursuit par l’étape 400. Dans laquelle on mesure la tension Uλ délivrée par la sonde amont 9 et on déduit une valeur de la richesse amont Rλ. A l’étape 500, on mesure la tension U’λ délivrée par la sonde aval 10. A l’étape 600, on détermine la valeur du débit d’échappement Qech, de la température de la sonde aval T’λ et de la température du catalyseur Tcat.
A l’étape 700, on déduit les valeurs respectives du seuil minimal de tension U’min et du seuil maximal de tension U’max correspondant aux valeurs de débit Qech et de température de la sonde aval T’λ.
Le procédé se poursuit par une première étape de test 800 dans laquelle on compare ladite tension U’λ avec le seuil maximal de tension U’max. Tant que ladite tension est strictement inférieure audit seuil, le procédé oriente vers une deuxième étape de test 900. Sinon, c’est-à-dire dès que ladite tension devient supérieure ou égale audit seuil, la valeur calculée de l’OS est réinitialisée à la valeur de seuil minimal de quantité d’oxygène OSmin (étape 1000).
A la deuxième étape de test 900, on compare ladite tension U’λ avec le seuil minimal de tension U’min. Tant que ladite tension est strictement supérieure audit seuil, le procédé oriente vers une étape de calcul 1100 intégral de la quantité d’oxygène stockée tel qu’il a été exposé plus haut. Sinon, c’est-à-dire dès que ladite tension devient inférieure ou égale audit seuil, la valeur calculée de l’OS est réinitialisée à la valeur de seuil maximal de quantité d’oxygène OSmax (étape 1200).
Le procédé se poursuit par une étape de détermination 1300 de la consigne de stock d’oxygène OSc correspondant à la valeur du débit des gaz d’échappement Qech et à la température du catalyseur Tcat. Il s’agit soit de la valeur correspondant au premier seuil OSc1, soit de la valeur correspondant au deuxième seuil OSc2, en fonction du résultat des étapes de test 330 et 360 précédentes A l’étape 1400, on calcule la valeur de l’erreur ε2 entre la valeur calculée de l’OS issue de l’étape de calcul intégral 1100, ou le cas échéant d’une des étapes de réinitialisation 1000, 1200, et la valeur de consigne OSc.
A l’étape 1500, on détermine la valeur de la correction de consigne richesse cλ à ajouter la valeur stœchiométrique pour obtenir la valeur de consigne de richesse Cλ à régler en boucle fermée. A l’étape 1600, on détermine la valeur de correction de temps d’injection de carburant Tc à ajouter à une durée d’injection de carburant ti de base (qui correspond à la richesse stœchiométrique) pour obtenir une durée totale d’injection de carburant Ti dans le moteur.
Les étapes 330 à 1600 sont itératives. En résumé, le procédé selon l’invention permet, en cas de détection d’une fin de lever de pied, d’appliquer une consigne de stock d’oxygène OSc qui est égale au seuil minimal OSmin de quantité d’oxygène pendant une durée prédéterminée Δt, après quoi on reprend une régulation sur une consigne de stock d’oxygène qui est strictement supérieure à ce seul minimal.
Dans un mode avantageux, on peut faire dépendre ladite durée prédéterminée de la durée pendant laquelle la pédale d’accélérateur a été complètement relevée avant que la fin du lever de pied soit constatée. Par exemple, pendant la phase de lever de pied, on peut observer le signal de tension U’λ de la sonde aval et mémoriser à chaque instant la durée écoulée depuis un basculement de la tension en dessous d’un seuil indiquant la saturation du catalyseur amont en oxygène, donc un débit de fuite d’oxygène vers le catalyseur aval. Au moment de la détection de la fin de lever de pied à l’étape 330, on note la durée correspondante, et on détermine la durée Δt d’application de la première consigne OSc1 comme une fonction croissante de ladite durée écoulée.
Le procédé prend fin (étape 1700) lorsque le moteur est arrêté.

Claims (10)

  1. Dispositif de réglage de la richesse (Rλ) du mélange air-carburant dans un moteur (2) à combustion interne, à allumage et à injection contrôlés par un calculateur (13), comprenant un catalyseur amont (8), un catalyseur aval (13), une première boucle d’asservissement comportant :
    -Une première sonde à oxygène (9) proportionnelle de mesure de la concentration en oxygène des gaz d’échappement du moteur (2) en amont du catalyseur amont (8), à partir de laquelle le calculateur détermine la richesse du mélange admis dans le moteur ;
    -Un premier régulateur (15) de la richesse calculée (Rλ) à partir de ladite sonde amont (9) selon une consigne (Cλ) de richesse, qui délivre une correction de durée d’injection de carburant (Tc) à ajouter à une durée d’injection de base (ti) pour obtenir la durée d’injection (Ti) de carburant à appliquer afin d’obtenir la richesse du mélange à introduire dans le moteur (2),
    , ledit dispositif comprenant en outre une deuxième boucle d’asservissement qui asservit la consigne de richesse (Cλ) de la première boucle d’asservissement à la régulation de la quantité d’oxygène stockée (OS) dans le catalyseur amont (8), ladite deuxième boucle comportant :
    -Des moyens de calcul (27) de ladite quantité d’oxygène stockée (OS) dans le catalyseur amont (8) ;
    -Un deuxième régulateur (29) pour la régulation de ladite quantité d’oxygène stockée (OS) selon une consigne de stock d’oxygène (OSc), qui délivre une correction de consigne de richesse (cλ) à ajouter à une consigne de richesse de base stœchiométrique pour obtenir ladite consigne de richesse (Cλ),
    ledit dispositif comprenant en outre :
    -Des moyens de détermination (31) du débit des gaz d’échappement (Qech) traversant le catalyseur amont (8) ;
    -Des moyens de détermination (11,12) de la température (Tcat) du catalyseur amont (8) ;
    -Des moyens de détermination (32) d’un seuil minimal de quantité d’oxygène (OSmin) et d’un seuil maximal de quantité d’oxygène (OSmax) en fonction dudit débit (Qech) et de ladite température (Tcat), correspondant respectivement à un début de fuites de monoxyde de carbone et à un début de fuites d’oxydes d’azote à l’aval du catalyseur ; et,
    -Des moyens de détermination (33) de ladite consigne de stock d’oxygène (OSc) à l’intérieur d’une plage comprise entre ledit seuil minimal (OSmin) et ledit seuil maximal (OSmax),
    CARACTERISE EN CE QU’
    Il comprend en outre des moyens de détection (34) de la fin d’une phase de lever de pied de la pédale d’accélérateur du véhicule, et qui sont aptes à remplacer ladite consigne de stock d’oxygène (OSc) par une consigne (OSc2) égale au seuil minimal de stock d’oxygène (OSmin) pendant une durée prédéterminée (Δt) à partir de ladite détection.
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ladite durée prédéterminée (Δt) est une fonction croissante de la durée écoulée entre une saturation en oxygène du catalyseur amont (8) pendant ladite phase de lever de pied et l’instant de ladite fin du lever de pied.
  3. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une sonde à oxygène (10) montée en aval du catalyseur (8) délivrant un signal de tension (U’λ) et des moyens de détermination de la température (T’λ) de ladite sonde aval, le début de fuite de monoxyde de carbone en aval du catalyseur (8) correspondant à un dépassement d’un seuil maximal de tension (U’max), et le début de fuite d’oxydes d’azote en aval du catalyseur correspondant à un dépassement d’un seuil minimal de tension (U’min), lesdits seuils minimal et maximal (U’min,U’max) étant fonction du débit des gaz (Qech) et de la température de ladite sonde aval (T’λ).
  4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur (OS) est calculée comme la somme d’une valeur initiale et d’une intégrale temporelle du produit du débit d’échappement (Qech), du taux d’oxygène dans l’air (τO2) et d’un facteur égal à 1 moins la valeur de la richesse (Rλ) déterminée par la sonde à oxygène amont.
  5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le calcul de la quantité d’oxygène stockée (OS) est réinitialisé à la valeur du seuil minimal de quantité d’oxygène (OSmin) quand la tension (U’λ) de la sonde aval atteint et dépasse le seuil maximal de tension (U’max), et qu’elle est réinitialisée à la valeur du seuil maximal de quantité d’oxygène (OSmax) quand la tension (U’λ) atteint et dépasse le seuil minimal de tension (U’min).
  6. Procédé de réglage de la richesse (Rλ) du mélange air-carburant dans un moteur (2) à combustion interne de véhicule automobile, à allumage et injection contrôlés par un calculateur (13), et associé à un catalyseur amont (8) et à un catalyseur aval (13) à l’échappement, comprenant :
    -Une étape au cours de laquelle on détermine la richesse (Rλ) du mélange admis dans le moteur à partir d’une sonde à oxygène proportionnelle (9) amont du catalyseur amont (8),
    -Une étape au cours de laquelle on régule la richesse calculée (Rλ) à partir de ladite sonde amont (9) selon une consigne de richesse (Cλ), et on délivre une correction de temps d’injection de carburant (Tc) à ajouter à une durée d’injection de base, pour déterminer la durée d’injection de carburant (Ti) à appliquer afin d’obtenir la richesse du mélange à introduire dans le moteur,
    -Une étape de calcul d’une quantité d’oxygène stockée (OS) dans le catalyseur amont (8),
    -Une étape de détermination d’une consigne de stock d’oxygène (OSc) du catalyseur amont, et,
    -Une étape de régulation de ladite quantité d’oxygène stockée (OS) selon ladite consigne (OSc), qui délivre une correction de consigne de richesse (cλ) à ajouter à une consigne de richesse de base stœchiométrique pour déterminer ladite consigne de richesse (Cλ),
    ledit procédé comprenant en outre :
    -Une étape au cours de laquelle on détermine le débit des gaz d’échappement (Qech) du moteur traversant le catalyseur amont,
    -Une étape au cours de laquelle on détermine la température (Tcat) du catalyseur amont,
    -Une étape au cours de laquelle on détermine un seuil minimal de quantité d’oxygène (OSmin) et un seuil maximal de quantité d’oxygène (OSmax) en fonction dudit débit (Qech) et de ladite température (Tcat), correspondant respectivement à un début de fuites de monoxyde de carbone et à un début de fuites d’oxydes d’azote à l’aval du catalyseur, et,
    , ledit procédé étant CARACTERISE EN CE QU’il comporte
    -une étape au cours de laquelle on détermine une première valeur de consigne (OSc1) comme une valeur strictement comprise entre ledit seuil minimal (OSmin) et ledit seuil maximal (OSmax), et une deuxième valeur de consigne (OSc2) comme égale au seuil minimal (OSmin) ;
    -une étape au cours de laquelle on détecte la fin d’une phase de lever de pied de la pédale d’accélérateur du véhicule ;
    -une étape au cours de laquelle, en l’absence de détection d’une telle fin de lever de pied, ladite consigne de stock d’oxygène (OSc) est égale à la première valeur de consigne (OSc1),
    -une étape au cours de laquelle, en cas d’une telle détection, ladite consigne de stock d’oxygène (OSc) est égale à le deuxième valeur de consigne (OSc2) pendant une durée prédéterminée après laquelle elle est de nouveau égale à la première valeur de consigne (OSc1).
  7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape de détermination de la capacité de stockage en oxygène (OSC) du catalyseur amont après le démarrage du moteur, et une étape de calcul du facteur de vieillissement (V) en fonction de ladite capacité de stockage en oxygène (OSC) et d’une valeur prédéterminée de la capacité de stockage en oxygène d’un catalyseur amont neuf (OSCneuf).
  8. Procédé selon l’une des revendications 6 à 7, sont en ce qu’il comprend une étape au cours de laquelle on détermine une valeur de tension (U’λ) délivrée par une sonde à oxygène aval (10) du catalyseur, une étape au cours de laquelle on détermine une valeur de la température (T’λ) de ladite sonde aval, et une étape au cours de laquelle on détermine, en fonction dudit débit des gaz d’échappement (Qech) et de ladite température de la sonde aval (T’λ), un seuil minimal de tension (U’min) et un seuil maximal de tension (U’max), dont le dépassement correspond respectivement auxdits débuts de fuites d’oxydes d’azote et de monoxyde de carbone à l’aval du catalyseur amont (8).
  9. Procédé selon l’une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu’il comprend une étape au cours de laquelle on calcule la quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur amont (OS) comme la somme d’une valeur initiale et d’une intégrale temporelle du produit du débit des gaz d’échappement (Qech), du taux d’oxygène dans l’air et d’un facteur égal à 1 moins la valeur de la richesse (Rλ) déterminée à partir de la sonde amont.
  10. Procédé selon l’une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu’il comprend
    - des étapes au cours desquelles on compare la tension (U’λ) de la sonde aval respectivement au seuil minimal de tension (U’min) et au seuil maximal de tension (U’max),
    -dans le cas où le seuil minimal (U’min) est atteint ou dépassé, une étape de réinitialisation du calcul de la quantité d’oxygène stockée à la valeur de seuil maximal de quantité d’oxygène (OSmax),
    -dans le cas où le seuil maximal de tension (U’max) est atteint ou dépassé, une étape de réinitialisation du calcul de la quantité d’oxygène stockée (OS) à la valeur de seuil minimal de quantité d’oxygène (OSmin).
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