Brevet FR2792967A1 — publié le 20001103

PROCEDE DE COMMANDE DE LA RICHESSE DU MELANGE AIR/CARBURANT D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE DEBITANT DES GAZ D'ECHAPPEMENT DANS UNE LIGNE EQUIPEE D'UN PIEGE A HYDROCARBURES La présente invention est relative à un procédé de commande de la richesse du mélange air/carburant d'un moteur à combustion interne et, plus particulièrement, à un tel procédé appliqué à un moteur débitant des gaz d'échappement dans une ligne o ceux-ci traversent successivement un piège à hydrocarbures et un pot catalytique de traitement desdits gaz, la richesse en carburant du mélange étant régulée en boucle fermée à une richesse de consigne prédéterminée au moyen d'un signal délivré par une sonde à oxygène placée dans la ligne d'échappement, entre le moteur et le piège à hydrocarbures. On a représenté à la figure 1 du dessin annexé un moteur à combustion interne 1 placé dans l'environnement décrit ci-dessus, les gaz d'échappement du moteur passant dans une ligne 2 traversant successivement un piège à hydrocarbures 3 et un pot catalytique 4, par exemple du type "trifonctionnel" capable d'oxyder les hydrocarbures imbrûlés et le monoxyde de carbone contenu dans les gaz d'échappement et de réduire les oxydes d'azote contenus dans ces gaz, de manière à transformer ces espèces chimiques nocives en espèces chimiques moins nocives, voire inoffensives (azote). On sait qu'un tel pot catalytique ne traite correctement les hydrocarbures imbrûlés contenus dans les gaz d'échappement que lorsqu'il a atteint une température prédéterminée assez élevée, de l'ordre de 300 degrés environ. Au démarrage à froid du moteur, cette température n'est pas atteinte immédiatement. En outre, lors d'un tel démarrage, le mélange air/carburant d'alimentation du moteur est enrichi en carburant et on retrouve donc davantage d'hydrocarbures dans les gaz d'échappement du moteur. On a proposé alors de disposer un piège à hydrocarbures entre le moteur et le pot, pour stocker les hydrocarbures en dessous de cette température et éviter ainsi leur passage dans le pot 4. Dès qu'une température de 200 environ est atteinte dans le piège 3, celui-ci libère ou "relargue" dans la ligne 2 les hydrocarbures stockés pour que ces hydrocarbures soient ensuite réduits dans le pot 4, essentiellement sous la forme de gaz carbonique et d'eau, espèces chimiques qui sont déchargées ensuite dans l'atmosphère. On sait aussi que l'utilisation d'un tel pot exige une régulation très fine de la richesse en carburant du mélange air/carburant d'alimentation du moteur, le pot 4 ne fonctionnant avec un bon rendement que dans une "fenêtre" de richesse de ce mélange centrée sur la richesse 1, c'est-à-dire sur la richesse correspondant à un mélange stoechiométrique. Cette régulation est couramment assurée par commande en boucle fermée du temps d'ouvertures ti d'injecteurs (non représentés) de carburant dans les cylindres du moteur, ce temps étant couramment appelé "temps d'injection". La régulation fait usage d'un signal délivré par une sonde à oxygène, couramment appelée sonde lambda, sensible à la richesse en oxygène des gaz d'échappement, richesse dont on sait qu'elle permet de suivre les évolutions, autour de la stoechiométrie, de la richesse en carburant du mélange air/carburant qui alimente le moteur. Le signal délivré par la sonde 5 "bat" ainsi entre deux niveaux "haut" et "bas" représentatifs d'un mélange dit "riche" ou "pauvre", respectivement. Le calculateur exploite cette information pour régler le temps d'injection. S'il perçoit un mélange pauvre, il accroît le temps d'injection jusqu'à ce que la sonde bascule de nouveau vers le niveau représentatif d'un mélange riche. Ainsi la sonde "bat" en permanence. Une certaine fréquence de battement est nécessaire pour obtenir une régulation fine de la richesse. Lorsqu'un piège à hydrocarbures tel que le piège 3 est placé dans la ligne d'échappement 2, il faut disposer la sonde 5 entre le moteur 1 et le piège 3. En effet, quand on dispose la sonde à oxygène en aval du piège 3, la fréquence de battement est trop faible pour que l'information délivrée soit prise en compte valablement dans une régulation de richesse en boucle fermée de ce mélange air/carburant. La régulation est couramment exécutée par un calculateur numérique 6 dûment programmé à cet effet. Le calculateur 6 assure d'ailleurs généralement la gestion complète du moteur et commande alors d'autres paramètres de fonctionnement de celui-ci, tels que l'angle a d'avance à l'allumage du mélange air/carburant, par exemple. Dans sa position représentée à la figure 1, la sonde n'est pas sensible au relargage d'hydrocarbures par le piège 3, placé en aval de la sonde, relargage qui enrichit les gaz d'échappement en hydrocarbures, la composition de ces gaz ne correspondant alors plus à celle qui résulte de la combustion par le moteur d'un mélange air/carburant de richesse en carburant comprise dans la "fenêtre" mentionnée ci-dessus, pour laquelle le fonctionnement du pot 4 est optimal. La présente invention a précisément pour but de fournir un procédé de commande de la richesse du mélange air/carburant d'un moteur à combustion interne propre à maintenir le fonctionnement optimal d'un pot catalytique de traitement des gaz d'échappement du moteur pendant les périodes de relargage d'hydrocarbures par un piège à hydrocarbures. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de commande du type décrit en préambule de la présente description, remarquable en ce que a) on détecte par estimation un fonctionnement du piège à hydrocarbures en relargage d'hydrocarbures dans la ligne d'échappement, et b) lors d'un tel fonctionnement, on réduit la richesse de consigne de la régulation de richesse en boucle fermée. Comme on le verra plus loin en détail, on compense ainsi le surcroît d'hydrocarbures présents dans les gaz d'échappement du fait du relargage des hydrocarbures contenus dans le piège et on maintient un fonctionnement efficace du pot catalytique placé en aval du piège à hydrocarbures. Suivant une autre caractéristique du procédé selon l'invention, à l'étape a) décrite ci-dessus, on estime la quantité de carburant contenue dans le piège et on détecte un fonctionnement du piège en relargage d'hydrocarbures quand ladite quantité est positive et que la température du piège est supérieure à une température prédéterminée. Quand la température du piège est inférieure à ladite température prédéterminée, on estime la quantité de carburant stockée à l'aide d'un modèle de la valeur courante (MHCi) de cette quantité tel que: MHCi = MHCil+ AMHC avec AMHC = K1*K2-DGE o K1 et K2 sont des coefficients et DGE le débit des gaz d'échappement. Lorsque la température du piège est supérieure à la température prédéterminée, on décrémente la quantité estimée de carburant piégé, proportionnellement au débit des gaz d'échappement. Suivant encore une autre caractéristique de la présente invention, à l'étape b) décrite ci-dessus, on réduit la richesse de consigne de la régulation en boucle fermée de la richesse du mélange air/carburant d'alimentation du moteur, en agissant sur un coefficient de correction de boucle de richesse, intervenant dans le calcul du temps d'injection dudit carburant dans ledit moteur. Plus particulièrement, on agit sur une correction proportionnelle dudit coefficient de manière à réguler ledit mélange air/carburant en mélange "pauvre". D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est un schéma d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, partiellement décrit dans le préambule de la présente description, et - les figures 2 et 3 sont des graphes utiles à la description du procédé suivant la présente invention. Ainsi qu'on l'a indiqué ci-dessus, dans une première étape du procédé selon l'invention, on détecte par estimation un fonctionnement du piège 3 à hydrocarbures imbrûlés en relargage desdits hydrocarbures dans la ligne d'échappement 2. Pour ce faire il faut déterminer, d'une part, si le piège 3 contient des hydrocarbures et, d'autre part, si la température de ce piège est suffisamment élevée pour que les hydrocarbures piégés puissent être relarguer dans la ligne d'échappement 2. Suivant l'invention, la température du piège 3 est connue soit par un capteur de température 7 délivrant au calculateur 6 un signal représentatif de cette température, soit par un modèle permettant de calculer cette température. A titre d'exemple, ce modèle de la température Tpi du piège à l'instant i peut prendre la forme: Tpi= Tp(i-1) + F(Tpstab - Tp(i- 1)) o Tpstab est la température atteinte par le piège au terme d'un fonctionnement en régime stabilisé suffisamment long pour que la température du piège n'évolue plus, et F un coefficient de filtrage, fonction du débit DGE des gaz d'échappement. En variante, on peut partir de la température Tap des gaz d'échappement en sortie du piège, connue à l'aide d'un capteur ou d'un modèle, et on tire Tpi de la relation: Tpi = Tapi offset "l'offset" étant fonction du débit DGE des gaz d'échappement. Suivant la présente invention encore, le calculateur 6 est dûment programmé pour exécuter la stratégie d'estimation détaillée ci-dessous. Lors d'un démarrage à froid du moteur, par exemple, alors que le piège se charge en hydrocarbures imbrûlés, on suit l'évolution de la masse MHCi d'hydrocarbures stockés dans le piège à l'instant d'échantillonnage courant i, à l'aide du modèle: MHCi = MHCil+ AMHC avec (1) AMHC = K1-K2-DGE o: - K1 = coefficient constant, ou issu d'une cartographie faisant intervenir la température du piège et la quantité d'hydrocarbures stockés dans ce piège, par exemple, K2 = coefficient égal à 1 en fonctionnement du moteur à richesse 1, supérieur à 1 en fonctionnement à richesse supérieure à 1, inférieur à 1 en fonctionnement à richesse inférieure à 1, - DGE = débit des gaz d'échappement calculé à partir de la pression d'admission et du régime du moteur, classiquement connus du calculateur 6. Ce modèle cesse d'être appliqué dès que la température Tp du piège 3 dépasse une température Ts prédéterminée au-dessus de laquelle des hydrocarbures stockés sont relargués dans la ligne d'échappement, et passent donc dans le pot catalytique 4 en plus des hydrocarbures imbrûlés dans le moteur. On continue ensuite à suivre l'évolution de la quantité d'hydrocarbures stockés dans le piège en décrémentant la masse MHCi par des décréments successifs proportionnels au débit DGE des gaz d'échappement DGE. Le débit DHC des hydrocarbures alors relargués par le piège 3 dans la ligne d'échappement 2 est donc égal à: DHCi = MHCi - MHCi-1 (2) A l'arrêt du moteur, le calculateur garde en mémoire la dernière valeur calculée de MHC. Celle-ci deviendra MHC0, valeur initiale de MHC, au démarrage suivant du moteur, dans le nouveau calcul de MHC à l'aide du modèle (1) décrit ci-dessus. Ainsi, grâce au modèle utilisé dans le procédé suivant l'invention, il est possible de savoir à tout instant si des hydrocarbures sont relargués par le piège dans la ligne 2, et en quelle quantité. On décrit maintenant comment, suivant l'invention, on utilise ces informations pour maintenir la quantité totale d'hydrocarbures passant dans le pot 4, en correspondance avec celle définie par la "fenêtre" mentionnée plus haut. Suivant l'invention, on réduit la richesse du mélange air/carburant entrant dans le moteur quand le piège 3 relargue des hydrocarbures dans la ligne d'échappement 2, en agissant sur la durée du temps d'injection ti, calculée par le calculateur 6. On sait que ce calcul fait intervenir un modèle du temps d'injection ti, par exemple de la forme: ti = A + F.(P + Po) o A,F et P0 sont des coefficients et P la pression d'admission du moteur 1. Le coefficient F, en particulier, est constitué par un ensemble de termes multiplicatifs tels que, par exemple: F = (1 + F1/256) (1 +F2/256)....(1 + ALPHA CL/256) o F1, F2, etc... sont des coefficients de correction d'échelle, de température d'air, de température d'eau, etc... et ALPHA CL un coefficient de correction dit de "boucle de régulation de richesse" qui intervient quand le calculateur 6 assure une régulation en boucle fermée de la richesse du mélange air/carburant d'alimentation du moteur. Dans cette situation, on peut faire théoriquement évoluer le coefficient ALPHA CL dans le temps comme illustré à la figure 2 du dessin annexé, pour maintenir la richesse en carburant du mélange air/carburant à la richesse 1, sous la commande des basculements du signal délivré par la sonde à oxygène 5. C'est ainsi que, quand la sonde 5 détecte un passage du mélange de "riche" à "pauvre", ou inversement, ALPHA CL reçoit d'abord une "correction proportionnelle" CP puis une "correction intégrale" CI, jusqu'à ce que ces corrections provoquent un nouveau basculement du signal délivré par la sonde 5, et ainsi de suite. On obtient ainsi théoriquement une richesse moyenne égale à 1 puisque les aires des surfaces situées de part et d'autre de l'axe des temps, sous la courbe représentant ALPHA CL, se compensent exactement. En pratique, on constate que les sondes à oxygène connues présentent des temps de basculement qui diffèrent légèrement suivant qu'on passe d'un mélange riche à un mélange pauvre ou, au contraire, d'un mélange pauvre à un mélange riche, et que la richesse à laquelle la sonde bascule n'est pas exactement égale à 1. Ces écarts font que, sauf à prévoir une correction adéquate, une sonde particulière assure une régulation autour d'une richesse légèrement supérieure ou légèrement inférieure à 1. On corrige classiquement ce phénomène en agissant sur la correction proportionnelle CP, de manière à rééquilibrer les aires précitées. Suivant la présente invention, lorsque le piège 3 relargue des hydrocarbures imbrûlés dans la ligne d'échappement, on réduit la richesse de consigne de la régulation assurée par le calculateur 6, nominalement égale à 1, en agissant sur la valeur de la correction proportionnelle CP appliquée à ALPHA CL, comme représenté à la figure 3 du dessin annexé. Cette action consiste à accroître la valeur absolue de la correction proportionnelle quand la sonde 5 détecte un mélange riche et à réduire la valeur absolue de cette correction quand la sonde détecte un mélange pauvre. En pratique, on modifie la valeur nominale de la correction proportionnelle CP par addition ou soustraction d'un "offset" O. L'offset O est ajouté ou retranché, à la valeur absolue de la correction, suivant que l'on est en mélange riche ou en mélange pauvre, respectivement. Il est clair sur la figure 3 que cet "offset" a pour effet d'accroître l'aire située entre la courbe et l'axe des temps, sous cet axe, par rapport à l'aire correspondante située au-dessus de cet axe. On réduit ainsi artificiellement la valeur de la consigne de richesse prise en compte par la régulation. La réduction de la quantité de carburant injecté dans le moteur ainsi obtenue permet, suivant la présente invention, de compenser la quantité de carburant relarguée par le piège 3 dans la ligne d'échappement 2, et donc de maintenir la richesse en hydrocarbures des gaz d'échappement du moteur dans des limites propres à permettre au pot catalytique d'assurer un traitement efficace des hydrocarbures contenus dans ces gaz. Comme on l'a vu plus haut, cet "offset" O peut s'ajouter à un autre, rendu nécessaire pour corriger un écart de la richesse de consigne du côté d'un mélange pauvre ou riche, résultant des caractéristiques particulières de la sonde à oxygène utilisée. Suivant une autre caractéristique de la présente invention, l'offset O est avantageusement fonction du débit DHC d'hydrocarbures relargués par le piège 3, ce débit étant connu du calculateur 6 par la relation (2) donnée plus haut. I1 apparaît maintenant que l'invention permet bien d'atteindre le but annoncé et ceci, avantageusement, sans recourir à des moyens matériels autres que ceux normalement présents dans l'environnement d'un moteur à combustion interne raccordé à une ligne d'échappement équipée d'un piège à hydrocarbures et d'un pot catalytique de traitement des gaz d'échappement. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande de la richesse du mélange air/carburant d'un moteur (1) à combustion interne débitant des gaz d'échappement dans une ligne (2) o ceux-ci traversent successivement un piège (3) à hydrocarbures et un pot catalytique (4) de traitement desdits gaz, la richesse en carburant dudit mélange étant régulée en boucle fermée à une richesse de consigne prédéterminée au moyen d'un signal délivré par une sonde à oxygène (5) placée dans ladite ligne (2) entre ledit moteur (1) et ledit piège (3) à hydrocarbures, caractérisé en ce que: a) on détecte par estimation un fonctionnement du piège (3) à hydrocarbures en relargage d'hydrocarbures dans la ligne (2), et b) lors d'un tel fonctionnement, on réduit la richesse de consigne de la régulation de richesse en boucle fermée. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que à l'étape a), on estime la quantité de carburant (MHC) contenue dans le piège (3) et on détecte un fonctionnement du piège (3) en relargage d'hydrocarbures quand ladite quantité est positive et que la température (Tp) du piège (3) est supérieure à une température (Ts) prédéterminée. 3. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que, quand la température du piège (3) est inférieure à ladite température prédéterminée (T3), on estime ladite quantité de carburant (MHC) à l'aide d'un modèle de la valeur courante (MHCi) de cette quantité tel que: MHCi = MHCi-1 + AMHC avec AMHC = K1.K2.DGE o K1 et K2 sont des coefficients et DGE le débit des gaz d'échappement. 4. Procédé conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que ledit coefficient (K2) est fonction de la richesse du mélange air/carburant d'alimentation du moteur (1). 5. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que, lorsque la température (Tp) du piège (3) est supérieure à Ts, on décrémente la quantité estimée (MHC) de carburant piégé proportionnellement au débit (DGE) des gaz d'échappement. 6. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que, lorsque le moteur (1) cesse de fonctionner, on mémorise la valeur estimée de la quantité de carburant piégé pour l'initialisation du calcul de cette quantité, au démarrage suivant du moteur. 7. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, à l'étape b) on réduit la richesse de consigne de la régulation en boucle fermée de la richesse du mélange air/carburant d'alimentation du moteur, en agissant sur un coefficient de correction (ALPHA CL) de boucle de régulation de richesse, intervenant dans le calculateur du temps d'injection (ti) dudit carburant dans ledit moteur. 8. Procédé conforme à la revendication 7, caractérisé en ce qu'on agit sur une correction proportionnelle (CP) dudit coefficient (ALPHA CL) de manière à réguler ledit mélange air/carburant en mélange pauvre. 9. Procédé conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que ladite action consiste à ajouter ou retrancher un offset (O) à la valeur absolue de ladite correction (CP), en mélange riche ou en mélange pauvre, respectivement. 10. Procédé conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que ledit offset (O) est fonction du débit (DHC) du piège (3) en hydrocarbures.