Brevet FR2742481A1 — publié le 19970620

PROCEDE DE COMMANDE DE L'ALIMENTATION EN CARBURANT D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention concerne un procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne destiné à équiper un véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur qui comporte un dispositif de recyclage des vapeurs de carburant issues notamment du réservoir. Il est connu, notamment par le document FR A-93/10709 d'équiper les moteurs à combustion interne de dispositifs de recyclage des vapeurs de carburant afin d'éviter tout rejet de ces vapeurs toxiques à l'atmosphère. De tels dispositifs comprennent classiquement une canalisation de purge qui relie l'évent du réservoir au collecteur d'admission et dans laquelle sont disposés des moyens d'absorption des vapeurs de carburant. Ces moyens d'adsorption, qui contiennent un adsorbant comme du charbon actif, sont purgés 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 vapeurs de carburant dont le débit est commandé par une vanne de purge montée sur la canalisation entre les moyens d'adsorption et le collecteur d'admission. Lors de la purge des moyens d'adsorption, les vapeurs de carburant viennent s'ajouter au carburant injecté à travers un ou plusieurs électro-injecteurs débouchant dans le circuit d'admission d'air ou directement dans les chambres de combustion du moteur. Ces électro-injecteurs ainsi que la vanne de purge sont pilotés par un système électronique de contrôle moteur qui commande la quantité de carburant injectée à chaque cycle moteur, en contrôlant le début et la durée d'ouverture de chacun des injecteurs. La quantité de carburant injectée est déterminée par le système électronique de contrôle moteur suivant la quantité d'air admis dans la chambre de combustion, qui est déduite des conditions de fonctionnement du moteur et notamment de la pression ou du débit d'air dans le collecteur d'admission et du régime de rotation du moteur. Ces quantités de carburant sont calculées précisément lors de la mise au point du moteur, mais il est connu qu'elles deviennent inadaptées au cours du temps en fonction de divers paramètres, comme le colmatage du filtre à air qui réduit le débit d'air pour une même pression. I1 est donc nécessaire de réajuster périodiquement ces valeurs grâce notamment à une régulation en boucle fermée qui permet de maintenir la richesse du mélange carburé à une valeur prédéterminée de consigne. Pour opérer cette régulation, on utilise un capteur disposé sur la ligne d'échappement qui mesure 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'oxygène ou des vapeurs imbrûlées. Pour améliorer le fonctionnement de cette régulation lors des périodes de purges, la durée d'injection qui dépend directement de la masse d'air admise, du rapport air/carburant souhaité et de la régulation en boucle fermée fonction de la richesse du mélange carburé indiquée par le capteur à oxygène, est multipliée par un facteur de correction de recyclage qui tient compte, en particulier, du taux d'ouverture de la vanne de purge. L'objet de la présente invention est d'améliorer encore les performances du moteur, notamment en terme de réduction des émissions de polluants et d'agrément de conduite, lors des périodes de purge des vapeurs de carburant en proposant un perfectionnement au procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne qui est particulièrement simple à mettre en oeuvre. Le procédé selon l'invention concerne la commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne comportant au moins un injecteur de carburant dont l'ouverture est commandée par un système électronique de contrôle moteur et un dispositif de recyclage des vapeurs de carburant issues du réservoir de carburant, ce dispositif de recyclage étant du type présentant des moyens d'adsorption des vapeurs de carburant connectés au circuit d'admission en air du moteur par l'intermédiaire d'une vanne de purge commandée par le système électronique de contrôle moteur. Le procédé est du type par lequel le temps d'injection est régulé en boucle fermée en fonction de la richesse du mélange carburé déterminée par une sonde à oxygène analysant les gaz d'échappement du moteur, ce temps d'injection étant déduit de la masse d'air admise, de la richesse du mélange carburé désiré, et d'un facteur de correction de recyclage lié au taux de recyclage des vapeurs de carburant. Selon l'invention, le procédé de commande de l'alimentation en carburant du moteur est caractérisé en ce que la régulation en boucle fermée du temps d'injection en fonction de la richesse du mélange carburé est corrigée pour prendre en compte le recyclage des vapeurs de carburant. Selon une autre caractéristique du procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne objet de la présente invention, le coefficient correcteur de richesse utilisé pour le calcul du temps d'injection augmente avec le taux de recyclage des vapeurs de carburant. Selon une autre caractéristique du procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne objet de la présente invention, le coefficient correcteur de richesse utilisé pour le calcul du temps d'injection est directement déterminé à partir du terme de correction généré par la régulation en boucle fermée en fonction de la richesse du mélange carburé et du facteur de correction de recyclage. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, suivant la description présentée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel - la figure 1 est une vue schématique, en coupe partielle, d'un moteur à combustion interne selon 1' invention. On a représenté sur la figure 1, un moteur à combustion interne du type multicylindre qui est plus particulièrement destiné à équiper un véhicule automobile ou routier. Seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés. Le moteur référencé 1, comporte classiquement un circuit d'admission d'air comburant. Ce circuit comprend un filtre à air non figuré, une conduite principale d'amenée d'air 2, un collecteur d'admission 3 et des conduits d'admission 7 ménagés à travers la culasse et débouchant dans les différentes chambres de combustion 10 du moteur à travers des orifices commandés par des soupapes à tige 9. La conduite principale 2 est classiquement pourvue d'un boitier papillon 4 intégrant une conduite de dérivation 5 équipée d'une vanne de régulation 6 pilotée pour le fonctionnement du moteur au ralenti. Dans le mode de réalisation figuré, l'alimentation en carburant du moteur 1 est du type à injection électronique indirecte multipoint. Chacune des chambres de combustion 10 du moteur est donc alimentée en carburant grâce à un électroinjecteur de carburant 8 spécifique débouchant dans le circuit d'admission d'air correspondant en amont de la soupape d'admission 9. Une pompe d'alimentation en carburant non figurée alimente l'ensemble des injecteurs 8 en carburant sous une pression présentant une différence constante avec la pression régnant dans le collecteur d'admission 3 et ce, grâce à l'utilisation d'un régulateur de pression également non figuré. Ainsi la quantité de carburant injecté dépend uniquement du temps d'ouverture des électroinjecteurs 8. L'injection du carburant est commandée par un système électronique de contrôle ou microcontrôleur 20, qui détermine l'instant d'ouverture de chaque électro-injecteur 8 et la durée Ti suivant les valeurs prises par différents paramètres agissant sur le fonctionnement du moteur 1. Classiquement, la quantité de carburant injectée est directement déduite de la quantité d'air frais admise dans les chambres de combustion 10 du moteur, de façon à respecter un rapport prédéterminé entre les quantités de carburant et d'air. Ce rapport, encore appelé richesse du mélange carburé, qui peut être constant ou bien évolué suivant les points de fonctionnement du moteur, vaut 1 lorsque le moteur fonctionne avec une richesse unité, c'est-à-dire en mélange stoechiométrique, ou bien encore inférieure à l'unité, par exemple 0,8, lorsque le moteur fonctionne en mélange pauvre afin de réduire la consommation et la pollution du moteur. On a ainsi la formule simplifiée suivante M (I) Ti = B dans laquelle M représente la quantité d'air admise et B le rapport volumétrique air/carburant désiré. Il en résulte que, la connaissance de la quantité d'air admise permet de déduire la quantité de carburant et donc la durée d'injection de ce dernier dans le cas d'un moteur équipé d'un système d'injection à pression de carburant constante. La quantité d'air frais M admise dans une chambre de combustion 10 du moteur n'est pas mesurée directement mais déduite des valeurs de paramètres plus accessibles, telles que la pression dans le collecteur d'admission 3 et la vitesse de rotation du moteur (ou encore le débit d'air dans le collecteur d'admission et la vitesse de rotation du moteur, etc.). Ces valeurs permettent en effet, de recalculer à partir des lois de la mécanique des fluides et de la thermodynamique ainsi que des caractéristiques propres du moteur (cylindrée, etc.) la valeur de cette quantité d'air. La valeur M est ainsi généralement déduit d'une cartographie pression/régime ou débit/régime éventuellement corrigée en fonction de l'altitude, de la température, etc. Le système électronique 20 utilisé est du type comprenant une unité centrale, une mémoire vive, une mémoire morte, des convertisseurs analogiques-numériques, et différentes interfaces d'entrées et de sorties. Il reçoit des signaux d'entrée relatifs au fonctionnement du moteur et des organes interagissant avec ce dernier, effectue des opérations et génère des signaux de sortie à destination notamment des injecteurs 8. Les différentes stratégies de commande du moteur, formules et paramètres ou calibrations sont stockées dans la mémoire morte. Parmi les signaux d'entrée du système électronique de contrôle moteur 20, figurent ceux émis : par un capteur de pression disposé dans le collecteur d'admission 3 en aval du papillon des gaz 4, par un capteur de position associé au papillon des gaz 4, ainsi que par un capteur 21 de position angulaire associé à une cible dentée portée par le vilebrequin qui permet de déterminer la vitesse de rotation du moteur et de repérer le passage au point mort haut d'un piston de référence et donc d'opérer le phasage des instants d'injection. Parmi les signaux d'entrée traités par le système électronique de contrôle moteur 20, figurent également ceux émis par au moins une sonde à oxygène 22 disposée sur la ligne d'échappement des gaz brûlés du moteur. La sonde 22 permet d'évaluer la teneur en oxygène des gaz d'échappement et d'en déduire la richesse du mélange carburé, c'est-à-dire la proportion de carburant dans le mélange carburé. Cette sonde 22 peut être une sonde dite lambda à l'oxyde de zirconium sensible à un excès d'oxygène (encore appelée sonde EGO), ou de tout autre sonde et notamment d'une sonde linéaire ou proportionnelle (encore appelée sonde UEGO). L'information richesse est utilisée par le système électronique de contrôle moteur 20 pour opérer une régulation en boucle fermée, par exemple de type PI (proportionnelle intégrale), sur le temps d'injection Ti par application d'un coefficient correcteur de richesse noté A, et ce afin de maintenir la richesse à la valeur prédéterminée de consigne. La formule simplifiée (I) devient alors M xA (I') Ti = B avec J aCL (Il) A = -x (l + ) 2 128 le terme de correction aCL évolue suivant l'information délivrée par la sonde 22, entre 0 et 256, la valeur 128 étant atteinte lorsque la richesse est au niveau de la valeur prédéterminée de consigne. La valeur 256 est arbitraire et correspond de préférence à la capacité de stockage d'un octet pour que les faibles valeurs de correction soient ramenées à des valeurs entières. Le moteur 1 est pourvu également suivant l'invention, d'un canister ou dispositif d'adsorption des vapeurs de carburant 11 issues notamment du réservoir de carburant. Le dispositif d'adsorption des vapeurs de carburant 11 comporte classiquement un filtre 14 contenant un matériau adsorbant les vapeurs de carburant, tel que du charbon actif. Ce filtre 14 est classiquement relié par une première canalisation 18 à la partie supérieure du réservoir de carburant, par une deuxième canalisation 16 munie d'une électrovanne à débit variable 17 dite vanne de purge canister à une source de dépression constituée par le circuit d'admission d'air comburant du moteur, et par une troisième canalisation 12 à une source d'air de régénération du matériau adsorbant. Le filtre adsorbe dans un premier temps les vapeurs de carburant s'échappant du réservoir sous pression à travers la première canalisation 18 vers l'atmosphère via la troisième canalisation 12. I1 est dans un second temps régénéré par un balayage à contre courant par de l'air passant de la troisième canalisation 12 vers la seconde 16 après ouverture de la vanne de purge 17. Les vapeurs de carburant sont alors recyclées dans le circuit d'admission et sont brûlées dans les cylindres. L'ouverture de l'électrovanne 17 est périodiquement commandée par le système de contrôle moteur 20, de manière à éviter la saturation du filtre et à opérer la purge dans des conditions prédéterminées de fonctionnement du moteur. Le système électronique contrôle également la section d'ouverture Sx de la vanne 17 au moyen d'un système de régulation numérique dont la fréquence de récurrence est faible, en particulier du fait de l'inertie de la vanne. Lors de l'ouverture de la vanne 17, le système électronique de contrôle 20 réduit en conséquence le temps d'injection Ti des injecteurs 8 pour tenir compte de la quantité de carburant issu du filtre 14 et recyclé avec l'air frais d'admission. Pour ce faire, un facteur de correction de recyclage DR est introduit dans la formule de calcul du temps d'injection. L'introduction de ce facteur de correction DR permet de conserver le terme correcteur de richesse aCL centré sur 128, ce qui permet d'éviter que les termes de la formule du Ti qui réalisent l'adaptation de richesse aux différentes dispersions (fabrication, encrassement, etc.). En effet, lorsque aCL est centré en moyenne à 128, une évolution d'aCL de 5 bits engendrée par la régulation proportionnelle/intégrale qui exploite l'information sonde 22, provoque une évolution du Ti de 1,9 %, alors que si aCL se trouve positionné à une valeur moyenne plus basse, par exemple : 80 bits du fait d'une dispersion de fabrication, une évolution d'aCL de 5 bits provoque une évolution du Ti de 2,4 %. La formule simplifiée (I') devient alors M xA X DR (I") Ti = B Le facteur de correction DR, compris entre 0 et 1, correspond au pourcentage (divisé par cent) du carburant dans le mélange carburé issu de l'injecteur. Le pourcentage de carburant issu de l'injecteur est déduit par modélisation à partir de la section Sx d'ouverture de la vanne 17 et de la richesse Rp du mélange transitant à travers la conduite 16 ; le pourcentage de carburant est également donné par la sonde à oxygène 22 et par le terme correcteur aCL de la boucle de régulation. En effet, lors de la purge du filtre 14, l'apport des vapeurs de carburant augmente la richesse du mélange ce qui entraîne donc un décalage du terme aCL, il suffit alors d'analyser, en utilisant par exemple un filtre du premier ordre, l'évolution du terme aCL sur un horizon donné de mesures, pour déduire le pourcentage de carburant issu de l'injecteur par rapport à celui issu de la purge. On a ainsi (III) DR = f(aCL) Il est possible d'améliorer encore le calcul de cette correction en anticipant le décalage de richesse que génère la purge du filtre en utilisant un facteur de correction de référence DRréf créé par une ouverture de référence Sxréf de la vanne 17 fournie par une cartographie, ce facteur de correction de référence DRréf étant régulièrement mise à jour à partir de l'information richesse délivrée par la sonde 22 et du terme correcteur aCL de la régulation en boucle fermée de façon à correspondre à la richesse réelle des gaz recyclés qui évolue au cours du temps. On a alors (III') DRréf = f'(aCL) & (III") DR = DRréf x où g est une fonction prédéterminée en fonction des caractéristiques de la vanne 17. I1 apparaît toutefois que le facteur de correction DR ne suffit pas à optimiser le calcul du temps d'injection Ti lors des phases de purge du filtre 14. En effet, s'il est important que la richesse du mélange carburé demeure régulée autour de la valeur prédéterminée de consigne avec un terme correcteur aCL centré, il est également important que les excursions de richesse, générées par la régulation en boucle fermée, de part et d'autre de la valeur prédéterminée de consigne demeurent sensiblement constantes en terme de durée et d'amplitude (par exemple 0,1 % de la valeur de consigne). En effet, la conservation des caractéristiques des excursions de richesse en phase de purge permet de maintenir à un niveau optimum le traitement des polluants (HC, CO, NOx) par le catalyseur 23. Pour conserver les excursions de richesse sensiblement constantes quel que soit le fonctionnement du moteur, il convient donc de modifier le coefficient de correction de richesse A lors des purges du filtre 14, pour prendre en compte le fait que la régulation ne porte plus alors que sur une partie seulement du carburant alimentant les chambres de combustion 10, à savoir celle DR issue des injecteurs 8. On alors M xA'xDR (I"') Ti = B avec A' définit par la formule En divisant le terme correcteur aCL par le facteur de correction DR, compris entre 0 et 1, correspondant au pourcentage (divisé par cent) du carburant dans le mélange carburé issu de l'injecteur 8, on augmente le coefficient de 1 correction &alpha;CL d'un facteur et on conserve DR ainsi les excursions de richesse déterminées lors de la phase de développement du moteur. Sans purge, le temps d'injection vaut M xA (I') Ti = B avec &alpha;CL (II) A = x (1 + ) 128 Soit encore X (II*) A = 1 + x ( ) 128 si on écrit aCL = 128 + X X étant alors la partie d'aCL qui en fluctuant autour de zéro réalise les excursions de richesse de part et d'autre de la consigne, d'où X (I'*) Ti = M/B +(M/Bxx ) 128 Lors de la purge, le temps d'injection vaut M xA'xDR (I"') Ti = B avec A' définit par la formule soit après développement X (I"'*) Ti = M/Bxx(1+DR)+(M/Bxx ) 128 auquel vient s'ajouter pour que le moteur fonctionne à la richesse de consigne, la quantité d'essence venant du canister 11 à travers la vanne 17 et que l'on peut évaluer par la formule M/B x 1/2 x (1-DR) On constate donc qu'en phase de purge, en multipliant le terme aCL par le facteur DR, on a conservé les variations de richesse réalisées par le terme (M xlx X ). B 2 128 Ainsi, selon l'invention on conserve de façon simple des excursions de richesse sensiblement constantes, que l'on soit en phase de purge du filtre 14 ou non, ce qui permet un fonctionnement particulièrement efficace du catalyseur 23. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS [1] Procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne (1) comportant au moins un injecteur de carburant (8) dont l'ouverture est commandée par un système électronique de contrôle moteur (20) et un dispositif de recyclage des vapeurs de carburant (11) issues du réservoir de carburant, ledit dispositif de recyclage (11) étant du type présentant des moyens d'adsorption (14) des vapeurs de carburant connectés au circuit d'admission en air dudit moteur (1) par l'intermédiaire d'une vanne de purge (17) commandée par ledit système électronique de contrôle moteur (20), procédé par lequel le temps d'injection (Ti) est régulé en boucle fermée en fonction de la richesse du mélange carburé déterminée par une sonde à oxygène (22) analysant les gaz d'échappement dudit moteur (1), ledit temps d'injection (Ti) étant déduit de la masse d'air (M) admise, de la richesse du mélange carburé désiré, et d'un facteur de correction de recyclage (DR) lié au taux de recyclage des vapeurs de carburant, caractérisé en ce que la régulation en boucle fermée du temps d'injection (Ti) en fonction de la richesse du mélange carburé est corrigée pour prendre en compte le recyclage des vapeurs de carburant. [2] Procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coefficient correcteur de richesse (A') utilisé pour le calcul du temps d'injection (Ti) augmente avec le taux de recyclage des vapeurs de carburant. [3] Procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit coefficient correcteur de richesse (A') est directement déterminé à partir du terme de correction (aCL) généré par la régulation en boucle fermée du temps d'ouverture (Ti) en fonction de la richesse du mélange carburé déterminée par la sonde à oxygène (22) et du facteur de correction de recyclage (DR) utilisé pour prendre en compte le recyclage des vapeurs de carburant dans le calcul du temps d'injection (Ti). [4] Procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le temps d'injection (Ti) est déterminé par la formule suivante MxA'xDR (I"') Ti = B avec M : quantité d'air admise B : rapport volumétrique air/carburant désiré A' : coefficient correcteur de richesse ; DR : facteur de correction de recyclage. [5] Procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le coefficient correcteur de richesse (A') est déterminé par la formule suivante avec aCL : terme correcteur de la régulation en boucle basée sur la richesse du mélangé carburé indiquée par la sonde à oxygène (22) ; DR : facteur de correction de recyclage. [6] Procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le facteur de correction de recyclage (DR) est obtenu par la formule suivante (III") DR = DRréf x g(5 & éÀ avec DRréf : facteur de correction de recyclage de référence ; Sx : section d'ouverture de la vanne de purge (17) ; Sxréf : section d'ouverture de référence de la vanne de purge (17) ; g : fonction prédéterminée dépendant des caractéristiques de la vanne (17). [7] Procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit facteur de correction de recyclage de référence (DRréf) est calculé à partir du décalage du terme correcteur (aCL) de la régulation en boucle fermée basée sur la richesse du mélange carburé.