Brevet FR2697584A1 — publié le 19940506

"Procédé de réglage du mélange carburant/air alimen- tant un moteur à combustion interne après une phase de poussée" La présente invention concerne un procédé de réglage du rapport air/carburant alimentant un moteur thermique, selon lequel on coupe l'alimentation en carburant en mode de poussée, et notamment un procédé de réglage du mélange carburant/air alimentant un mo- teur thermique équipé d'une régulation lambda et d'un catalyseur et selon lequel, en fonction des paramètres de fonctionnement on coupe l'alimentation en carbu- rant. Selon le document US-A-5 022 225 on connaît un procédé qui concerne tout particulièrement les pas- sages du mode de poussée au mode normal en utilisant un catalyseur et au moins une sonde en aval du cataly- seur. Selon ce document, la sonde de gaz d'échap- pement placée en aval du catalyseur (appelée ci-après en abrégé sonde d'échappement arrière) participe au moins à la régulation du mélange carburant/air Il y a alors des temps morts provoqués d'une part par les simples temps de circulation des gaz entre la forma- tion du mélange dans la tubulure d'aspiration et la sonde d'échappement prévue dans la tubulure d'échappe- ment ainsi que par l'accumulation d'oxygène dans le catalyseur En cas de changement de la composition du mélange passant par exemple d'un mélange pauvre (riche en oxygène) en un mélange riche (pauvre en oxygène) le catalyseur fournit encore pendant un certain temps de l'oxygène aux gaz d'échappement, si bien que la sonde arrière enregistre le changement du mélange avec un retard correspondant à un temps mort Or ce temps mort est particulièrement important dans le cas d'une phase de fonctionnent en poussée, lorsque l'alimentation en carburant est coupée L'action de régulation qui repo- se sur le signal fourni par la sonde d'échappement ar- rière peut conduire dans ce cas à un enrichissement excessif du mélange entraînant une détérioration de la qualité des gaz d'échappement Le procédé selon le do- cument américain mentionné ci-dessus prévoit comme re- mède de supprimer, pendant un certain temps, l'action de régulation de la sonde arrière à la suite d'une phase de poussée, ou de continuer la régulation avec la valeur mise en mémoire au début de la phase de poussée. Il s'est avéré qu'après le mode de poussée, la qualité des gaz d'échappement n'est pas seulement détériorée par une réaction excessive, décrite ci- dessus, de la régulation; par exemple, après une pha- se de poussée, on rencontre une plus forte émission d'oxydes d'azote alors que l'enrichissement excessif évoqué ci-dessus se traduit par une augmentation de l'émission en hydrocarbure et en monoxyde de carbone dans les étapes de fonctionnement suivantes. La présente invention a pour but de dévelop- per un procédé pour éviter la réaction excessive dé- crite ci-dessus pour la régulation et tout en même temps éviter l'augmentation de l'émission des oxydes d'azote après une phase de poussée. 3 - A cet effet l'invention concerne un procédé caractérisé en ce qu'au passage du mode de fonctionne- ment sans alimentation de carburant au mode avec ali- mentation de carburant, le moteur thermique fonction- ne d'abord avec un mélange carburant/air dont la com- posante de carburant a été augmentée par rapport à la composition stoechiométrique (mélange riche). Le réglage voulu d'un mélange riche (défaut d'oxygène) après une phase de poussée consomme trop d'oxygène qui s'est stocké dans le catalyseur pendant la phase de poussée Il en résulte qu'après un temps relativement court on arrive de nouveau dans l'état de fonctionnement qui correspond au point de fonctionne- ment optimum du catalyseur quant à la teneur en oxygè- ne Le fonctionnement du catalyseur est ainsi rendu optimum en ce sens que la conversion des oxydes d'azo- te qui a été diminuée par le déplacement du point de fonctionnement, s'améliore En même temps l'enrichis- sement dirigé évite l'enrichissement erroné, évoqué ci-dessus, par la sonde d'échappement arrière. Dessins: Les exemples de réalisation de l'invention sont représentés dans les dessins et seront décrit ci- après Ainsi: La figure 1 montre un circuit de régula- tion d'un mélange destiné à un moteur thermique, com- prenant une seule sonde d'échappement et un dispositif de commande. La figure 2 montre la structure de base de ce dispositif de commande applicable à la mise en oeu- vre du procédé selon l'invention. La figure 3 montre un ordinogramme pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 4 représente des chronogrammes de signaux selon l'invention. La figure 5 montre un circuit de régula- tion du mélange alimentant un moteur thermique et qui a été agrandi, par rapport à celui de l'exemple de la figure 1, d'une autre sonde d'échappement en aval du catalyseur. La figure 6 est un ordinogramme d'un exem- ple de réalisation englobant la sonde d'échappement arrière. La figure 7 montre les chronogrammes des signaux appartenant à l'exemple de la figure 6. Les figures 8 et 9 montrent par analogie aux figures 6 et 7, un exemple de réalisation préfé- rentiel du procédé selon l'invention utilisant la son- de d'échappement arrière. Description des exemples de réalisation La figure 1 montre un circuit de régulation avec un moteur thermique 1, un détecteur de vitesse de rotation 2, une installation de dosage de carburant 3 et un moyen 4 pour détecter la quantité d'air aspiré m dans une tubulure d'aspiration 5, une tubulure d'é- chappement 6 avec une sonde d'échappement 8 en amont d'un catalyseur 7, et un dispositif de commande 9. La fonction de base du circuit de régulation consiste à traiter avec le dispositif de commande, les signaux relatifs à la vitesse de rotation n, à la quantité d'air m et à la composition du mélange, lamb- da, pour obtenir un signal de dosage de carburant ti qui commande l'installation de dosage de carburant 3. Un signal provisoire de dosage de carburant tp formé comme fonction de la quantité d'air et de la vitesse de rotation, est alors combiné par multiplication avec un coefficient de correction FR tenant compte de la différence entre la composition du mélange selon la sonde lambda et la valeur de consigne. A côté de cette fonction de base, il est possible d'exécuter de nombreuses autres fonctions né- cessaires ou utiles pour le fonctionnement du moteur thermique A titre simplement d'exemple on peut indi- quer l'allumage, la réinjection de gaz d'échappement et la ventilation du réservoir Comme ces fonctions connues peuvent être combinées sans difficulté avec l'invention, elles ne sont pas représentées dans un but de clarté. La figure 2 montre la structure de base d'un dispositif de commande 9 applicable pour commander le déroulement du procédé selon l'invention Entre un bloc d'entrée 10 qui reçoit au moins les signaux déjà évoqués concernant la quantité d'air m, la vitesse de rotation N et la composition du mélange, lambda, et un bloc de sortie 11 qui fournit dans ce cas le signal de dosage de carburant ti, est interposée une unité de calcul centrale 12, utilisant un programme inscrit dans une mémoire 13 et ayant accédé à des données d'un champ de caractéristiques, données également contenues dans la mémoire 13. La figure 3 montre un exemple de programme approprié pour l'exécution de l'invention Ainsi tout d'abord, pendant le fonctionnement du moteur thermique il se déroule un programme principal qui exécute la fonction de base évoquée ci-dessus du circuit de régu- lation représenté, ainsi que les autres fonctions évo- quées A un instant ta, par exemple au début d'une phase de poussée, on suppose qu'il y a une coupure de l'alimentation en carburant Le début t O et la fin t 2 de la coupure du carburant sont saisis dans les étapes Sl et 52 Dans l'étape 53 on vérifie si la durée t 2-t O du fonctionnement en mode de poussée a dépassé une du- rée minimale tm prédéterminée La raison en est que le décalage décrit ci-dessus du point de fonctionnement du catalyseur se produit seulement à partir d'une cer- taine surcharge en oxygène Si l'apport d'oxygène lié à la coupure de carburant dans le catalyseur est rela- tivement faible, il n'est pas nécessaire de transférer en retour le point de fonctionnement par un enrichis- sement dirigé du mélange Ainsi, la réponse négative à la question posée dans l'étape 53 conduit à retourner au programme principal Par contre si la coupure du carburant dure plus longtemps que la durée prédétermi- née tm, dans l'étape-54 on reprend de nouveau l'ali- mentation en carburant pour assurer un enrichissement dirigé du mélange, qui correspond de préférence à un ordre de grandeur de 5 % à 10 % Pour cela on peut par exemple multiplier les signaux provisoires de dosage de carburant tp par un coefficient allant de 1,05 jusqu'à 1,1 ou, en varian- te, on peut également modifier les paramètres de régu- lati Qn pour arriver à un décalage vers un mélange ri- che suivant l'ordre de grandeur évoqué Pour cela on peut par exemple envisager avant les moyens suivants: déplacement de la valeur de consigne de régulation, temporisation asymétrique de la réaction du signal de la sonde de gaz d'échappement à des variations de la composition du mélange, augmentation asymétrique de l'intégration ou des sauts proportionnels, élevés, asymétriques. Les étapes 55 et 56 adaptent la durée de l'enrichissement du mélange à la quantité d'air m as- pirée par le moteur thermique Pour cela dans l'étape on forme l'intégrale (I) en fonction du temps du produit du débit d'air massique (m) rapporté à l'uni- té de temps, et de la différence entre la composition du mélange (X) et la valeur 1 Cette intégrale repré- sente une mesure du manque d'oxygène provoqué par l'enrichissement voulu dans le gaz d'échappement, et qui consomme dans une certaine mesure l'excédent d'oxygène stocké dans le catalyseur pendant le mode de poussée. L'étape 56 compare l'intégrale ci-dessus à un seuil IO qui représente la capacité d'accumulation de l'oxygène dans le catalyseur et, dans une certaine mesure, l'excédent d'oxygène stocké dans le catalyseur pendant le mode de poussée Dans le cadre de cet exem- ple de réalisation il est à cet effet prévu une valeur fixe caractéristique d'un catalyseur du type utilisé et se trouvant dans un état de vieillissement moyen. Aussi longtemps que le manque calculé d'oxygène (I) est inférieur à la valeur du seuil I 0, on conserve l'enrichissement du mélange Le dépassement de la va- leur du seuil dans l'étape 56 termine par contre, dans l'étape 57, l'enrichissement dirigé et commence une régulation sur la valeur lambda = 1 effectuée par l'é- tape 58 dans le programme principal. La figure 4 a montre le chronogramme d'un si- gnal de coupure de carburant Le niveau élevé du si- gnal symbolise la coupure de l'alimentation en carbu- rant La figure 4 b montre un chronogramme de signal caractéristique de l'invention que l'on obtient lors- que l'enrichissement se fait de manière commandée par le coefficient de correction FR Jusqu'à l'instant t O on a une alimentation régulée en carburant avec un coefficient de correction FR qui oscille autour d'une valeur moyenne 1 A l'instant t O on coupe l'alimenta- tion en carburant jusqu'à l'instant t 2 et le coeffi- cient de correction FR maintenant actif est mis sur sa valeur moyenne 1 Comme la durée de la coupure du car- burant dépasse la durée minimale tm également repré- sentée, lors de la réalimentation en carburant à l'instant t 2, on réalise l'enrichissement selon l'in- vention Dans l'exemple de réalisation représenté on augmente le coefficient de correction FR, en agissant par multiplication de 10 % à la valeur 1,1 et on le maintient jusqu'à l'instant t 3 Cette durée T = t 3-t 2 est adaptée comme cela a été indiqué en liaison avec la figure 3, au débit massique d'air (m), au de- gré d'enrichissement ( 1-X) et au seuil spécifique du catalyseur IO, de sorte qu'elle varie en fonction de ces grandeurs A la fin de l'enrichissement, à l'in- stant t 3, on a de nouveau une régulation sur X = 1. La figure 5 monte un circuit de régulation pour réguler le mélange alimentant un moteur thermi- que, ce circuit étant complété par rapport à l'exemple de réalisation de la figure 1, d'une sonde de gaz d'é- chappement 10 montée en aval du catalyseur Cela per- met également d'étendre la relation à la fonction de base du circuit de régulation selon la figure 1, à la fois pour surveiller le catalyseur et pour une action de régulation complémentaire par le signal (X H) de la sonde d'échappement arrière De telles extensions sont déjà connues Dans le cas d'un exemple de réalisation de l'invention, le signal de la sonde d'échappement arrière déclenche la fin de l'enrichissement dirigé du mélange. Le procédé correspondant se déroule comme représenté à la figure 6 jusqu'au repère A, de façon analogue à la succession des étapes 51-54 selon la fi- gure 3 Dans l'étape 59 le programme demande si, en aval du catalyseur, il y a une concentration en oxygè- ne correspondant à X d'échappement arrière a signalé cet état, que la régu- lation se fait de nouveau sur X = 1 dans les étapes 57 et 58 et que l'on revient au programme principal. Les figures 7 a-c illustrent ce procédé Les figures 7 a et 7 b correspondent en grande partie aux figures 4 a et 4 b et ne nécessitent pour cela aucune explication La seule différence résulte de l'expres- sion de la formule de la durée T de l'enrichissement. Dans cet exemple il ne dépend plus d'une valeur fixe IO mais du signal de la sonde d'échappement arrière. Cela est illustré à la figure 7 c montrant le signal USH de la sonde d'échappement arrière. Le signal d'une telle sonde ne doit pas coïncider dans tous les détails avec le tracé repré- senté ici En particulier il peut arriver que pour un catalyseur ayant vieilli, la sonde arrière fournisse une image de l'oscillation de régulation et aussi par exemple dans la zone t = O jusqu'à t O Dans le cas d'un catalyseur très vieux, du fait de son absence de capacité d'accumulation il n'est plus nécessaire ni autoriser d'effectuer un enrichissement après le mode de poussée Le comportement du signal essentiel pour l'invention réside dans la réaction retardée de la sonde d'échappement arrière sur le début de la coupure du carburant et de la période d'enrichissement cons- écutive Un certain temps après que le catalyseur ait été noyé d'oxygène, la tension USH de la sonde descend à une valeur plus faible caractéristique d'un mélange pauvre Pendant la période d'enrichissement consécuti- ve, le signal ne change tout d'abord pas Ce n'est que lorsque l'excédent d'oxygène accumulé dans le cataly- seur a été consommé par le manque d'oxygène dans les gaz d'échappement lié à l'enrichissement, que le si- gnal de la sonde arrière augmente et déclenche la fin de l'enrichissement lorsqu'il dépasse un seuil S à l'instant t 3. L'ordinogramme de la figure 8 montre un au- tre exemple utilisant comme l'exemple décrit ci- dessus, également des signaux de la sonde arrière. Cet exemple de réalisation préférentiel réu- nit les caractéristiques avantageuses des deux exem- ples de réalisation précédents en évitant leurs incon- vénients. Comme pour le premier exemple de réalisation on adapte ici la durée de l'enrichissement du mélange au débit massique d'air (mf) du moteur thermique. Pour cela, tout d'abord après le passage du repère A dans l'étape 510, on forme l'intégrale de temps du produit du débit massique (m) par la différence entre la composition X du mélange et la valeur 1 Comme déjà décrit en liaison avec la figure 3, cette intégrale est une mesure du manque d'oxygène dans le gaz d'é- chappement engendré par l'enrichissement dirigé, et qui consomme dans une certaine mesure l'excédent d'oxygène stocké dans le catalyseur en mode de pous- see. L'étape Sîl introduit l'élément du second exemple de réalisation dans le procédé Dans ce cas, à l'aide du signal de la sonde d'échappement arrière, on vérifie si l'enrichissement dirigé du mélange est déjà perceptible en aval du catalyseur Dans la négative, au cours de l'étape 56, on compare la valeur de l'in- tégrale à un seuil IO L'enrichissement se poursuit jusqu'au dépassement de IO. Si la valeur IO est choisie trop grande, l'enrichissement du mélange devient déjà perceptible dans le signal de la sonde d'échappement arrière avant le dépassement du seuil IO Pour ce cas, on a prévu l'étape 512 qui attribue une nouvelle petite valeur I- delta IO au seuil I O La question posée dans l'étape suivante 513 aura toujours une réponse négative, ce qui conduit dans l'étape 514 à la fin de l'enrichisse- ment par une régulation sur X = 1 Si IO a été diminué dans l'étape 512, la question posée dans l'étape 515 aura également une réponse négative car la sonde ar- rière signale alors déjà une composition riche pour le mélange L'étape 517 conduit dans le programme princi- pal. Même si IO était choisi correctement et si la quantité d'enrichissement était exacte, la sonde arrière n'indiquerait un changement qu'après l'instant t 3 c'est-à-dire un instant t 3 ' à cause du temps de parcours des gaz Pour un changement vers les mélanges riches pendant ce temps de circulation de gaz (temps de circulation minimum) après la fin de l'enrichisse- ment, on diminue également la valeur d'adaptation Ce temps de parcours du gaz peut également être prédéter- miné en fonction de la quantité d'air aspiré. Si par contre on a choisi une valeur IO trop petite, on quittera la boucle formée par les étapes 510-513 sans faire le détour par l'étape 512 Dans ce cas, à la fin de l'enrichissement à l'instant t 3 (éta- pe 514) on vérifie dans une boucle formée des étapes 515 et 517 si l'enrichissement jusqu'à l'instant t 4 était perceptible dans le signal de la sonde arrière. Une valeur IO choisie trop faible est synonyme d'une diminution insuffisante de l'oxygène stocké dans le catalyseur en mode de poussée et conduit à une réponse négative à la question de l'étape 515 Comme cons- équence on poursuit par une étape 516 au cours de la- quelle on augmente la valeur IO pour la phase de pous- sée suivante, et cela d'une valeur delta IO L'étape 518 conduit en retour dans le programme principal. L'exemple de réalisation préférentiel permet de cette manière une adaptation de la durée de l'enri- chissement dirigé sur de nombreuses phases de poussée. A la suite les figures 9 a-c illustrent ce procédé Les figures 9 a et 9 b correspondent dans une 12 - très large mesure aux figures 7 a et 7 b et ne nécessi- tent ici aucune explication La seule différence ré- sulte de l'expression formelle de la durée T de l'en- richissement Dans cet exemple de réalisation T dépend d'une valeur IO (adaptation) qui est adaptée sur de nombreuses phases de poussée La figure 9 c montre le tracé du signal de la sonde d'échappement arrière pour une valeur adaptative IO appropriée On perçoit ici l'enrichissement consécutif au mode de poussée, après la fin de l'enrichissement mais à l'intérieur du temps d'attente (t 3, t 4) dans le signal de la sonde d'échap- pement arrière. On peut également envisager de n'activer l'enrichissement non pas immédiatement après la fin du mode de poussée mais seulement au- dessus d'un certain seuil de charge/vitesse de rotation et en particulier au-dessus du ralenti. R E V E N D I C A T I O N S 1) Procédé de réglage du mélange carbu- rant/air alimentant un moteur thermique équipé d'une régulation lambda et d'un catalyseur et selon lequel, en fonction des paramètres de fonctionnement on coupe l'alimentation en carburant, procédé caractérisé en ce qu'au passage du mode de fonctionnement sans alimenta- tion de carburant au mode avec alimentation de carbu- rant, le moteur thermique fonctionne d'abord avec un mélange carburant/air dont la composante de carburant a été augmentée par rapport à la composition stoechio- métrique (mélange riche). 2) Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la durée de l'enrichissement dépend de la quantité d'air aspirée dans cette durée. 3) Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la durée dépend en outre de la compo- sition du mélange carburant/air aspiré pendant cette durée. 4) Procédé selon la revendication 3, carac- térisé en ce qu'il n'est exécuté que lorsque la durée du mode de fonctionnement précédent, avec coupure de réalimentation en carburant, dépasse une durée minima- le tm. 5) Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que: on détecte le début et la fin de la coupu- re de carburant, si alors la durée de la coupure de carbu- rant dépasse une certaine durée prédéterminée, on en- richit le mélange alimentant le moteur thermique par rapport à la composition stoechiométrique, on calcule en continu une valeur I dépen- dant de la masse d'air aspiré du degré d'enrichisse- ment et on compare cette valeur à un seuil IO, et on termine l'enrichissement lorsque la valeur I dépasse le seuil IO. 6) Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on enrichit jusqu'à ce qu'une sonde d'échappement en aval du catalyseur enregistre une composition des gaz d'échappement caractéristique d'un mélange riche. 7) Procédé selon la revendication 5, carac- térisé en ce qu'on diminue ou augmente le seuil IO par adaptation. 8) Procédé selon la revendication 7, carac- térisé en ce qu'on diminue le seuil IO lorsqu'une son- de d'échappement prévue en aval du catalyseur enregis- tre une composition de gaz d'échappement caractéristi- que d'un mélange riche et que la valeur I calculée en continu n'a pas encore atteint le seuil IO. 9) Procédé selon la revendication 7, carac- térisé en ce qu'on diminue le seuil IO lorsqu'après un temps d'attente prédéterminé t 3 après la fin de l'en- richissement, une sonde d'échappement placée en aval du catalyseur enregistre une composition de gaz d'é- chappement caractéristique d'un mélange riche et que la valeur I, calculée en continu, atteint le seuil IO et qu'un temps d'attente t 3 augmenté d'un temps de parcours de gaz ne s'est pas encore écoulé. ) Procédé selon la revendication 7, carac- térisé en ce qu'on augmente le seuil IO lorsqu'après un temps d'attente prédéterminé après la fin de l'en- richissement une sonde d'échappement prévue en aval du catalyseur enregistre une composition de gaz d'échap- pement caractéristique d'un mélange pauvre.