Brevet FR2722247A1 — publié le 19960112

La présente invention concerne la commande du fonctionnement des moteurs à combustion interne à essence qui comportent un dispositif de recyclage des vapeurs d'essence émises par l'évent du réservoir. Ces moteurs comprennent une canalisation de purge qui relie l'évent du réservoir au collecteur d'admission et dans laquelle est disposé un dispositif d'adsorption des vapeurs d'essence émises pendant le remplissage du réservoir et également pendant le fonctionnement du véhicule lorsque le réservoir est soumis à des températures importantes. Ce dispositif d'adsorption, qui contient un adsor- bant, est purgé périodiquement par une partie de l'air admis au moteur et la canalisation de purge renvoie au collecteur d'admission un mélange d'air et de vapeur d'essence dont le débit est commandé par une vanne de purge montée sur la canalisation de purge entre le dispositf d'adsorption et le collecteur d'admission. Pour les moteurs équipés d'un pot d'échappement à catalyseur et également pour répondre à des normes d'antipollution, il est nécessaire que les gaz d'échappe- ment ne comportent pas de vapeurs d'essence imbrûlée; pour contrôler la teneur en vapeurs d'essence des gaz d'échappement, on utilise un capteur disposé dans le collecteur d'échappement et mesurant la teneur en oxygène des gaz émis. Ce capteur fournit un signal de richesse en oxygène indiquant si les gaz d'échappement comportent de l'oxy- gène ou des vapeurs imbrûlées. Ce capteur commande l'ouverture de la vanne de purge et, par suite, le débit du mélange recyclé de manière que le moteur travaille dans des conditions stoechiométriques, par exemple avec un rapport volumétrique air/essence égal à 14,7. Le dispositif de commande du fonctionnement du moteur comporte un circuit de commande du débit d'injec- tion d'essence dans le carburateur qui est également commandé par le signal fourni par le capteur précité; le débit d'injection ou la durée d'injection est proportion- nel à la masse d'air introduite dans le collecteur, paramètre qui est fonction de la position du papillon, et inversement proportionnel au signal fourni par le capteur. Cette durée d'injection est multipliée par un facteur de correction qui tient compte, en particulier, du taux d'ouverture de la vanne de purge. La fréquence de récurrence de la commande du taux d'ouverture de la vanne de purge est faible par rapport à la fréquence de récurrence du circuit de commande du taux d'injection; cette fréquence est par exemple égale à 8 ou 16 Hz. Lors de changements de charge, c'est-à-dire de débit d'air du moteur, se produisant pendant une phase de purge, il faut pouvoir maîtriser la richesse du mélange introduit dans le moteur pour ne pas s'écarter d'une fenêtre catalytique et respecter les normes antipollution qui sont de plus en plus sévères. Une solution connue actuellement consiste, dans le cas d'une accélération, à augmenter le taux de purge et à intégrer le décalage de richesse fourni par le capteur dans le facteur de correction et cela jusqu'à une limite fixée pour le facteur de correction. Lors d'un changement de charge du moteur, la section de passage de la vanne de purge ne se trouve donc plus adaptée au facteur de correction de la durée d'injection.Pour rejoindre le point d'adaptation, on augmente alors le taux de purge pour rester sur une courbe iso-débit jusqu'à l'ouverture maximale, c'est-à-dire un taux de 100%, avant de commen- cer à réduire le facteur de correction. L'inconvénient de cette solution connue est que, du fait de la faible valeur de la fréquence de commande de la vanne de purge, la correction se trouve en retard par rapport à la variation de charge du moteur. La présente invention a pour objet de fournir un procédé de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne à essence comportant un dispositif de recyclage des vapeurs de purge du type décrit ci-dessus, ledit procédé permettant de conserver l'adaptation entre le facteur de correction et le taux d'ouverture de la vanne de purge, lors de changements de charge moteur se produisant pendant une phase de purge. Ce procédé est notamment remarquable en ce que, lors d'un changement de charge du moteur se produisant pendant une phase de purge, on modifie le facteur de correction de la durée d'injection de manière anticipée par rapport au changement du débit de la vanne, à la fréquence de récurrence du circuit de commande de la durée d'injection, de manière à rester sur une courbe iso-débit ou iso-taux de purge, ledit facteur de correc- tion étant calculé à partir d'une modélisation de la charge en vapeur d'essence du mélange fourni par la vanne de purge. Par conséquent, on prend en compte le fait que la vanne de purge ne pourra prendre la position souhaitée, commandée par le capteur, qu'avec un retard de plusieurs millisecondes par rapport à l'instant du changement de charge. Le facteur de correction est calculé en multipliant un facteur de correction de référence, DRréf, par le rapport entre le débit réel de la vanne et un débit de référence fourni par une cartographie en pression dans le collecteur d'admission et en régime du moteur, le débit réel étant calculé à une fréquence de récurrence égale ou légèrement plus faible que la fréquence de récurrence du circuit de commande de la durée d'injec- tion. Selon une autre caractéristique de l'invention, la charge en vapeur (vapeur contenue dans le dispositif J'adsorption et vapeur provenant de l'évent du réservoir) est calculée par modélisation à partir de la valeur du décalage de richesse en oxygéne des gaz d'échappement pour un taux de purge de référence. Pour réaliser cette modélisation, on initialise avec la vanne fermée pour déterminer un décalage de richesse, DR, nul, on ouvre la vanne à une ouverture, Sx, corres- pondant à un taux de purge déterminé, Tx, on détermine le décalage de richesse, DRx, obtenu au moyen du capteur de richesse des gaz d'échappement, on calcule le taux de purge de référence,Tréf, et on calcule le facteur de référence, DRréf, en multipliant le décalage de richesse déterminé, DRx, par le rapport entre le taux de référen- ce,Tréf, et le taux déterminé, Tx. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront de la description qui suit d'un exemple de réalisation, faite en se référant aux dessins ci- annexés sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un dispositif de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne à essence à recyclage des gaz de purge, et, - les figures 2 à 5 sont des diagrammes explicatifs du procédé selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un moteur à combustion interne 1 qui comporte un collecteur d'admission 2 et un collecteur d'échappement 3 relié à un pot d'échappement catalytique 4. Le collecteur d'admission 2 comprend en particulier un injecteur d'essence 5 et un papillon 6 de commande de l'admission d'air dont la position détermine le régime du moteur. L'essence est envoyée à l'injecteur 5 par une canalisation d'alimentation 7 reliée à un réservoir 8 et comportant une pompe d'alimentation 9. Le réservoir 8 comporte un évent 11 qui est relié au collecteur d'admission 2 par une canalisation de purge 12 qui comporte un dispositif 13 d'adsorption des vapeurs d'essence provenant du réservoir 8 par l'évent 11; ce dispositif est purgé périodiquement par une partie de l'air envoyé au collecteur d'admission 2 et comporte à cet effet un orifice de purge 14. Un mélange d'air et de vapeur d'essence est alors envoyé au collecteur d'admis- sion 2 et le débit de ce mélange est commandé au moyen d'une vanne de purge 15 disposée sur la canalisation de purge 12 entre le dispositif d'adsorption 13 et le collecteur d'admission 2. Le taux d'ouverture de la vanne de purge 15 est commandé en fonction de la composition des gaz d'échap- pement; celle-ci est détectée au moyen d'un capteur 16 mesurant la richesse en oxygène des gaz d'échappement et disposé dans le collecteur d'échappement 3. Ce capteur de richesse 16 commande l'ouverture de la vanne de purge 15 au moyen d'un système de régulation numérique 17 dont la fréquence de récurrence est faible, en particulier du fait de l'inertie de la vanne; elle est, par exemple, égale à 8 ou 16 Hz. Le dispositif de commande du fonctionnement du moteur comporte un circuit de régulation numérique 18 qui commande le débit de l'injecteur 5, c'est-à-dire sa durée d'injection, en fonction du signal fourni par le capteur 16 de richesse des gaz d'échappement. La fréquence de récurrence de ce circuit 18 est nettement plus élevée que celle du système 17. Le circuit de régulation 18 calcule la durée d'injection selon la formule suivante: = M.DR A.B dans laquelle M représente la quantité d'air admise qui est fonction de la position du papillon 6, DR est un facteur de correction, A est une valeur de richesse fournie par le capteur 16 et B est le rapport volumique air/essence désiré, par exemple le rapport stoechiométri- que 14,7. Le facteur de correction, DR, est déterminé en particulier en fonction du taux d'ouverture, T, de la vanne 15. Lors d'un changement de la charge du moteur, c'est- à-dire de débit du moteur, par exemple lors d'un change- ment de vitesse ou d'une accélération, le taux d'ouver- ture de la vanne de purge sera modifié en réponse au décalage de richesse détecté par le capteur 16; ce décalage entrainera également une variation de la valeur fournie par le circuit 18 de régulation de la durée d'injection, mais, du fait de la faible valeur de la fréquence de récurrence du système de régulation du taux d'ouverture de la vanne, cette dernière réagira avec un retard important par rapport à l'instant du changement de régime, ce retard pouvant être égal à plusieurs millisecondes, et il en résulte que le facteur de correction de la durée d'injection ne sera plus adapté à la valeur du taux d'ouverture de la vanne de purge. Pour pallier cet inconvénient, le procédé selon l'invention consiste à appliquer à la durée d'injection une correction qui est calculée à partir d'une modélisa- tion de la charge en vapeur des gaz recyclés, le facteur de correction étant calculé à la même fréquence de récurrence que celle du calcul de la durée d'injection, c'est-à-dire à la fréquence de récurrence du circuit de régulation dynamique 18. De ce fait, pour chaque changement de charge (débit moteur), le facteur de correction est régulé pour assurer une adaptation parfaite entre le facteur de correction et le débit de la vanne de purge pour les systèmes d'injection débimétriques ou le taux de purge, c'est-à-dire le rapport entre le débit des gaz de purge et le débit moteur, pour les systèmes pression-régime.En d'autres termes, le facteur de correction est calculé de manière à rester sur une courbe iso-débit ou une courbe iso-taux de purge. Cette correction de la durée d'injection est calculée à partir d'une modélisation de la charge en vapeur des gaz recyclés selon la formule suivante: DRr6el=DRréf f(Sréel) f(Sréf) dans laquelle Sréel est la section de la vanne à l'ins- tant de calcul, Sréf est une valeur de référence fournie par une cartographie en pression-régime, f(Sréf) est calculé à la même fréquence de récurrence que la durée d'injection ou à une fréquence légèrement plus faible. De même, le facteur de correction, DRréel, est calculé à la même fréquence ou à une fréquence lègérement plus faible que celle du circuit 18. L'invention a également pour objet une méthode de modélisation de la charge en vapeur des gaz recyclés.- Cette modélisation est construite par la connaissance du décalage de richesse des gaz recyclés que donnerait un taux de purge de référence, le taux de purge étant égal au rapport entre le débit des gaz recyclés et le débit envoyé au moteur. Le décalage de richesse des gaz recyclés, DR, créé par un taux de purge, Tx, est lié par une relation simple au taux de purge, Tx, et à la richesse du mélange de gaz recyclés, Rp, selon la formule suivante: DR=k. Rp. Tx La richesse des gaz recyclés, Rp, étant indépendante du taux de purge, Tx, on obtient une relation simple entre le décalage de richesse des gaz d'échappement, DR, créé par un taux de purge quelconque, Tx, et un décalage de référence, DRréf, créé par un taux de purge de référence,Tref: DR=DRréf Tx Tr f On peut donc, la première fois, pour connaître le taux de décalage de richesse de référence, DRréf, mesurer le décalage de richesse des gaz d'échappement, DR, pour un taux de purge quelconque, Tx, et calculer le décalage de richesse de référence, DRréf, DRréf=DR Tréf Tx si on connaît le rapport entre le taux de purge de référence, Tréf, et le taux quelconque, Tx. Par la suite, pour chaque nouvelle valeur du taux, Tx, on calculera le décalage de richesse, DR, qui en résultera et on agira sur la correction de la durée d'injection, comme décrit plus haut. Le processus opératoire est le suivant. Au début, on initialise une valeur nulle du décalage de richesse, le taux de purge étant nul, c'est- à-dire avec la vanne de purge fermée. Dans une première étape, on applique une valeur d'ouverture quelconque, Sx, sur la vanne de purge. En fonction du point de fonctionnement du moteur, cette section déterminera un taux de purge quelconque, TX. Dans une deuxième étape, on calcule le décalage de richesse des gaz d'échappement, DRx, créé par ce taux de purge, Tx; on utilise à cet effet l'information fournie par le capteur disposé dans le collecteur d'échappement en calculant DRx(i) = DRx(i-l) + d toutes les y millisecondes tant que les gaz d'échappement sont riches en oxygène, y étant une fonction de la fréquence du circuit 18. Si l'on utilise une sonde à oxygène proportionnelle, le résultat est fourni directe- ment puisque ce type de sonde fournit une réponse proportionnelle à la richesse mesurée. Dans une troisième étape, on calcule les taux de purge de référence, Tréf, et quelconque, Tx, en calculant le rapport entre le débit de purge pour l'ouverture, Sréf, respectivement, Sx, et le débit moteur pour le point de fonctionnement, i: Tx f (Sx) Trnf f(Sréf) f(S) étant une fonction dépendant des caractéristiques de la vanne de purge et Sréf étant fourni par une cartographie en pression-régime. Dans une quatrième étape, on calcule la valeur de modélisation de la charge en vapeur des gaz recyclés, DRréf, qui est utilisée pour le calcul de la correction de la durée d'injection, comme décrit ci-dessus. Ceci est illustré par les diagrammes des figures 2 à 5, le diagramme de la figure 2 représentant la varia- tion de la valeur filtrée du facteur de correction de la durée d'injection en fonction du signal issu de la sonde à oxygène (CLMOY), (courbe du haut) et la section, Sx, de la vanne de purge en fonction du temps et la section Sréf. Le diagramme de la figure 3 représente la variation de la valeur de modélisation de la charge en vapeur, DRréf, et du facteur de correction du temps d'injection DR. Le diagramme de la figure 4 représente la variation du rapport des taux de purge Tx/Tréf et le diagramme de la figure 5 représente la variation de la pression collecteur et du régime moteur. On voit que le procédé selon l'invention permet d'optimiser la fonction de purge en ce qui concerne le maintien de la richesse en oxygène des gaz d'échappement et, par conséquent, d'obtenir des conditions de fonction- nement adaptées aux nécessités des pots d'échappement catalytiques et des normes antipollution, en évitant les désadaptations lors des changements de charge. L'inven- tion permet également d'optimiser la fonction de purge en ce qui concerne les besoins réels de purge (charge de vapeur importante ou non) et d'utiliser d'autres straté- gies quand la charge en vapeur est faible. De plus, il est possible de déterminer la charge en vapeur provenant du dispositif d'adsorption et du réservoir, et cela indépendamment du taux de purge et du point de fonctionnement du moteur. C'est visible sur la figure 3 o l'on voit DRréf prendre une valeur forte au début, celà correspond au canister chargé, puis il remonte lentement du fait de la décharge lente du canister. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne à essence (1) comportant un disposi- tif de recyclage des vapeurs émises par l'évent (11) du réservoir (8), du type comprenant une canalisation de purge (12) qui relie l'évent au collecteur d'admission (12) et dans laquelle est disposé un dispositif (13) d'adsorption des vapeurs d'essence émises par le réser- voir, lesdites vapeurs étant envoyées au collecteur d'admission pendant la purge dudit dispositif d'adsorp- tion, et une vanne de purge (15) commandant le débit desdites vapeurs recyclées et disposée sur ladite conduite de purge, procédé dans lequel le débit de l'essence fournie au collecteur d'admission (12) est régulé par un circuit (18) commandé par un capteur (16) de la richesse en oxygène des gaz d'échappement, ledit débit étant proportionnel à la masse d'air (M) reçue par le collecteur et à un facteur de correction (DR) et inversement proportionnel à un signal (A) représentatif de la richesse en oxygène des gaz d'échappement et au rapport air/essence (B) désiré, le débit de ladite vanne (15) étant commandé en fonction de la richesse en air des gaz d'échappement à une fréquence de récurrence plus faible que celle dudit circuit et ledit facteur de correction (DR) étant déterminé en fonction du débit de ladite vanne, caractérisé en ce que,lors d'un changement de charge du moteur (1) se produisant pendant une phase de purge, on modifie le facteur de correction (DR) de la durée d'injection de manière anticipée par rapport au changement de débit de la vanne, à la fréquence de récurrence dudit circuit, de manière à rester sur une courbe iso-débit ou iso-taux de purge, ledit facteur de correction étant calculé à partir d'une modélisation de la charge en vapeur d'essence du mélange fourni par la vanne de purge. 2. Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce que le facteur de correction (DR) est calculé en multipliant un facteur de correction de référence (DRréf) par le rapport (f(Sréel)/f(Sréf)) entre le débit réel de la vanne et un débit de référence fourni par une carto- graphie en pression dans le collecteur d'admission et en régime du moteur, le débit réel étant calculé à une fréquence de récurrence égale ou légèrement plus faible que la fréquence de récurrence du circuit (18) de commande de la durée d'injection. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite charge en vapeur (vapeur contenue dans le dispositif d'adsorption (13) et vapeur provenant de l'évent (11) du réservoir) est calculée par modélisation à partir de la valeur du décalage de richesse en oxygène (DRx) des gaz d'échappement pour un taux de purge de référence (Tréf). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on initialise avec la vanne (15) fermée pour déterminer un décalage de richesse (DR) nul, on ouvre la vanne (15) à une ouverture (Sx) correspondant à un taux de purge déterminé (Tx) on détermine le décalage de richesse (DRx) obtenu au moyen du capteur (16) de richesse des gaz d'échappement, on calcule le taux de purge de référence (Tréf) et on calcule le facteur de correction de référence (DRréf) en multipliant le décalage de richesse (DRx) par le rapport entre le taux de référence (Tréf) et le taux déterminé (Tx).