Brevet FR2807474A1 — publié le 20011012

La présente invention est relative à un procédé de commande de la composition d'un mélange air/carburant d'alimentation d'un moteur à combustion interne susceptible d'être alimenté par l'un quelconque de plusieurs carburants pour lesquels les rapports st#chiométriques dudit mélange sont éventuellement différents. Plus particulièrement, la présente invention est relative à un tel procédé faisant appel à une régulation en boucle fermée de la richesse en carburant du mélange air/carburant. On a conçu de nombreux procédés et dispositi permettant de mettre en #uvre une telle régulation, celle faisant intervenir un grand nombre de paramètres, notamment dans le calcul de la quantité de carburant qui doit être contenue dans le mélange air/carburant d'alimentation un moteur à combustion interne. Classiquement le rapport de la quantité d'air à la quantité de carburant assurant combustion d'un mélange st#chiométrique présente une valeur constante qui dépend du type de carburant choisi pour alimenter le moteur. Quand celui-ci propulse un véhicule automobile, par exemple, le carburant fait partie de ceux disponibles dans les stations services qui distribuent petit nombre de carburants de composition bien définie, un même vehicule utilisant un seul type de carburant. Dans ce cas le problème d'une variation du rapport st#chiométrique ne se pose tout simplement pas. Cependant, il apparait maintenant aussi des carburants, tels gaz naturels comprimés, qui peuvent présenter compositions différentes réagissant sur le rapport st#chiométrique du mélange air/carburant. Ces gaz naturels sont constitués de gaz carburants : du méthane principalement avec de 'éthane, du propane, du butane ou encore du pentane, et de gaz inertes . de l'azote ou du gaz carbonique, proportion variable. C'est ainsi que le gaz dit "G20" contient plus de 99% de méthane et 0% d'azote alors que le gaz dit "G25" contient 84 à 88% de méthane et de 12 à 16% d'azote, le rapport st#chiométrique correspondant étant de 17 pour le mélange air/gaz G20 et de 13 pour mélange air/gaz G25. D'autres carburants, tels que ceux constitués d'un mélange essence/alcool peuvent présenter des rapports stcechiométriques différents en fonction des proportions respectives de ces deux composants dans le melange. disponibilité actuelle ou prochaine de tels carburants différents, pose le problème de l'adaptation de la commande de la composition du mélange air/carburant d'alimentation d'un moteur à combustion interne quand on change carburant qui alimente celui-ci. A titre d'exemple, c'est situation que l'on observe quand le moteur d'un véhicule alimenté par du gaz G20 prélevé dans une station service, se réapprovisionne ensuite dans une autre station- service servant seulement des bouteilles de gaz G25. sait que la commande de la composition du mélange air/carburant d'alimentation d'un moteur à combustion interne propulsant un véhicule automobile est aujourd'hui couramment assuré par des dispositifs comprenant des calculateurs électroniques commandant également l'allumage du mélange dans les cylindres du moteur. Un tel dispositif assure aussi bien une commande en boucle ouverte qu'une commande en boucle fermée de la richesse en carburant du mélange air/carburant, suivant les conditions de roulement du véhicule et les demandes du conducteur de ce véhicule. A la sortie d'une accélération brusque du véhicule, par exemple, commandée par le conducteur au moyen de la pédale d'accélérateur, accélération exigeant souvent une suralimentation du moteur en carburant commandée en boucle ouverte, le dispositif revient ordinairement à une commande en boucle fermée de cette richesse, basée sur l'exploitation des basculements du signal de sortie d'une sonde à oxygène du type EGO, non linéaire, placée dans les gaz d'échappement du moteur, en amont d'un pot catalytique de traitement de ces gaz, comme cela est bien connu. Examinons alors, à la lumière de ce qui précède, ce qui se passe dans la situation évoquée plus haut, où un moteur géré par un dispositif de commande calibré pour un certain carburant, le gaz G20 par exemple, est réapprovisionné avec du gaz G25 par exemple. Pendant un régime transitoire, de retour du fonctionnement du moteur en boucle fermée ' partir d'un fonctionnement en boucle ouverte, on observe dans le moteur des combustions non stcechiométriques affectant le bon fonctionnement du pot catalytique, donc génératrices d'un excès de gaz d'échappement polluants à la sortie du . En effet, du fait du temps de réponse de 1a boucle fermée, calibrée pour le rapport staechiométrique du mélange air/G20, le signal délivré par la sonde va mettre un certain temps à compenser la différence entre ce rapport celui correspondant au mélange air/G25, avec pour conséquence un fonctionnement défectueux du pot catalytique mentionné ci- dessus. La présente invention a précisément pour but fournir un procédé de commande de la composition d' mélange air/carburant d'alimentation d'un moteur à combustion interne susceptible d'être alimenté par l'un quelconque de plusieurs carburants pour lesquels les rapports stcechiométriques dudit mélange sont différents, qui ne présente pas l'inconvénient décrit ' dessus et qui, en particulier, permette d'assurer à tout moment, y compris en régime transitoire, une combustion du mélange optimisée du point de vue de 1a minimisation de la proportion d'espèces chimiques polluantes présentes dans les gaz d'échappement sortant du pot catalytique. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de 1a description qui va suivre, avec un procédé de commande de la composition d'un mélange air/carburant d'alimentation d'un moteur à combustion interne susceptible d'être alimenté par l'un quelconque de plusieurs carburants pour lesquels les rapports stcechiométriques dudit mélange sont éventuellement différents, la quantité Q de carburant à introduire dans ledit mélange étant calculée par la relation ou P,oll est la pression au collecteur d'admission dudit moteur ou KA, et KMi sont des corrections additives et multiplicatives respectivement, l'une (KCL) desdites corrections multiplicatives KM-4 participant à la régulation en boucle fermée de la richesse en carburant dudit mélange, ce procedé étant caractérisé en ce que, après un démarrage du moteur lors d'un fonctionnement ultérieur de ladite régulation, on mesure une dérive éventuelle la correction de richesse KCL et on tire de cette mesure valeur d'une autre (KMAD) desdites corrections multiplicatives KM=, adaptant relation permettant le calcul de ladite quantité Q à un écart entre le rapport stcechiométrique du mélange air/carburant actuellement brûlé par le moteur, et le rapport stoechiométrique pris en compte lors du démarrage du moteur. Comme on 1e verra en détail dans la suite, on opère ainsi mise à jour du rapport stoechiométrique à prendre en compte dans 1e calcul de Q, quand le moteur a reçu un nouveau carburant entre son dernier arrêt et redémarrage. On évite alors des inadaptations temporaires de la quantité de carburant injectée dans le moteur, notamment lors d'une phase transitoire de retour d'un fonctionnement en boucle ouverte ' un fonctionnement en boucle fermée de la commande de richesse du mélange air/carburant, et donc un fonctionnement défectueux du pot catalytique de traitement des gaz échappement du moteur. Suivant une autre caractéristique de la présente invention, on procède à la mesure de la dérive de la correction de richesse après vérification de conditions sur la pression d'admission (Pcol1) et sur le régime (N) du moteur pour empêcher cette mesure lors de modes de fonctionnement du moteur susceptibles de la perturber. Pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on fournit un dispositif comprenant des moyens de régulation en boucle fermée de la richesse du mélange air/carburant d'alimentation du moteur, incluant une sonde à oxygène placée dans les gaz d'échappement du moteur et des moyens de calcul alimentés par le signal délivré par la sonde pour établir la quantité Q de carburant à introduire dans le mélange à l'aide de la relation (1) précitée, lesdits moyens de calcul comprenant des moyens pour mesurer une dérive éventuelle de la correction de richesse consécutive à un changement du carburant alimentation du moteur, et des moyens pour actualiser retour la valeur de la correction RIAL) d'adaptation, dans 1e calcul de la quantité Q de carburant. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de 1a description qui va suivre et à 'examen du dessin annexé dans lequel - figure 1 est un diagramme fonctionnel d'un dispositif pour la mise en #uvre du procède suivant la présente invention, et - les figures 2 et 3 sont des organigrammes de sous programmes d'initialisation et d'apprentissage utilisables dans le procédé suivant l'invention. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où l'on a schématiquement représenté un moteur 1 à combustion interne, classiquement équipé d'une sonde à oxygène 2 du type EGO, non linéaire, placée en amont d'un pot catalytique (non représenté) de traitement des gaz d'échappement sortant moteur 1, le fonctionnement du moteur étant géré par calculateur numérique 3, commandant notamment l'instant d'allumage d'un mélange air/carburant injecté dans le moteur et le temps d'ouverture d'injecteurs de carburant dans cylindres du moteur. Un tel calculateur est bien connu et ne donnera donc dans la suite que les caractéristiques de calculateur qui sont liées à la mise en ceuvre de la présente invention. Pour commander le temps d'ouverture des injecteurs carburant, le calculateur doit établir la quantité Q de carburant qui doit être injectée dans le moteur, pour y être mélangée avec une quantité d'air prédéterminée. Le calculateur est dûment programmé pour calculer cette quantité Q à l'aide de la relation (1) donnée plus haut. C'est ainsi que l'on retrouve classiquement dans le calculateur 3 des moyens 4 établissement de la correction multiplicative KCL permettant la régulation en boucle fermée de la richesse du mélange air/carburant d'alimentation du moteur, alimenté par le signal de sortie de la sonde 2, des moyens 5 et 6 de fourniture des autres corrections multiplicatives de la relation 1) et de fourniture de la pression P,,,11 au collecteur d'admission du moteur respectivement, ainsi que des moyens 7 de fourniture des corrections additives KA . Les moyens 4, 5, 6 alimentent un multiplicateur 8 et un sommateur 9 agencés pour délivrer à la sortie du sommateur la quantite de carburant à injecter dans le moteur 1. Suivant la présente invention, le calculateur 3 aussi muni de moyens 10, 11, 12 permettant de mesurer dérive éventuelle de la correction de richesse KCL et moyens 14 pour actualiser alors la valeur d' correction multiplicative particulière, notée KMAD, propre à adapter les moyens de calcul de Q à une telle dérive provoquée par un changement du carburant d'alimentation du moteur 1, comme on va maintenant l'expliquer. Dans la pratique, quand 1e conducteur d'un véhicule automobile fait démarrer le moteur qui propulse son véhicule, le carburant qui alimente alors ce moteur est le plus souvent le même celui qui était contenu dans le réservoir de carburant avant l'arrêt du moteur qui a précédé immédiatement ce démarrage. Dans ce cas, le rapport st#chiométrique du carburant utilisé avant et après le démarrage restant le même, on observe sur la correction KCL aucune dérive due à un changement de carburant. Par contre si l'arrêt précédent du moteur a été motivé par l'épuisement de la réserve de carburant, cette réserve est reconstituée pendant cet arrêt, dans une station-service. Dans l'hypothèse envisagée en préambule la présente description, où le nouveau carburant mis réserve entre dans un mélange air/carburant de rapport st#chiométrique différent de celui du carburant utilisé antérieurement, dès que la commande de la quantité de carburant délivrée au moteur s'opère en boucle fermée, par une adaptation convenable de la correction de richesse KCL, cette adaptation compense aussi évidemment la différence des rapports stcechiométriques évoqués ci-dessus et on observe alors une dérive de la correction KCL particulière à cette compensation, dérive qu'il convient de corriger pour supprimer les problèmes de pollution en régime transitoire évoqués plus haut. Pour ce faire, après un démarrage du moteur, évidemment connu calculateur 3, dès que la commande de la quantité Q de carburant à injecter s'opère en boucle fermée au moyen d'une variation convenable de la correction KCL calculée en 4 à partir du signal délivré par la sonde à oxygène 2, 1e moyen 10 calcule une moyenne KCLMOY de cette correction sur un horizon de temps prédéterminé et l'écart de cette valeur moyenne par rapport à une valeur centrée cette moyenne (KCLMOY centré), stockée en 11, est établi 12, cet écart étant corrélé à la dérive mentionnée plus haut. Après passage dans correcteur dynamique 13, par exemple du type PI, la valeur ainsi corrigée de l'écart mesuré constitue la correction multiplicative KMAD d'adaptation au nouveau carburant utilisé, exploitée par les moyens calcul de la quantité de carburant Q. Pour que la valeur de KMAD soit fiable, il faut évidemment que la valeur de KCLMOY prise en compte ne soit pas faussée par un fonctionnement perturbé moteur. Pour exclure ce risque, on peut poser des conditions sur la pression P,,,_: et/ou sur le régime N du moteur, le processus d'adaptation de la correction KMAD n'intervenant que si ces conditions sont remplies. A titre d'exemple, ces conditions peuvent être choisies parmi les suivantes - la valeur absolue de dérivée temporelle de P,,11 est inférieure à un seuil prédéterminé, - la pression P,11 est comprise dans un domaine de pression prédéterminé, - le régime 1V du moteur est compris dans un domaine de régime prédéterminé. On peut encore ajouter à ces conditions une condition sur la stabilité dans le temps de la pression P,,11, définie comme suit. Le domaine de pression prédéterminé évoqué plus haut étant divisé en n zones, on autorise la mesure la dérive (KCLMOY - CKLMOY centré) si la pression P,,11 reste dans une zone i intermédiaire entre un seuil bas (seuil-p- bas) et un seuil haut (seuil-p-haut) délimitant le domaine, pendant au moins un temps (d) de durée prédéterminée, correspondant à la durée d'un certain nombre de transitions (100 par exemple) du signal délivré par la sonde EGO non linéaire On comprend que, lors d'un démarrage du moteur, à froid par exemple, la commande de la quantité de carburant à injecter dans ce moteur, ne s'opère pas immédiatement par régulation en boucle fermée et passe d'abord par une phase où cette commande s'opère en boucle ouverte, aussi longtemps que les conditions d'un fonctionnement en boucle fermée ne sont pas réunies. Pendant cette phase en boucle ouverte, le procédé compensation d'un éventuel changement de carburant décrit ' dessus n'est pas utilisable. Par contre dès l'entrée de la régulation en boucle fermée, il est avantageux d'initialiser la correction KMAD à une valeur mise en mémoire KMADMEM pour éviter un "apprentissage" systématique de la valeur de KMAD à chaque démarrage du moteur. Mais alors l'application d'une correction mise en mémoire crée le risque que cette correction soit inadaptée à un nouveau carburant mis en réserve, cette inadaptation conduisant à une sur- richesse ou à une sous-richesse transitoire géneratrice de ratés de combustion causant des instabilités de combustion, des calages du moteur, voire une destruction ou une alteration du pot catalytique par des combustions de carburant dans ce pot. Suivant un premier mode de mise en #uvre de présente invention, on évite ces inconvénients en faisant exécuter le sous-programme d'initialisation et d'apprentissage représenté à figure 2, par le calculateur 3. Sur cette figure il apparaît qu'au démarrage du sous programme, consécutif à celui du moteur, aussi longtemps que la commande de la quantité de carburant injectée dans le moteur s'opère en boucle ouverte, la correction KMAD est initialisée à une valeur KMADINI prédéterminée. Dès qu'un fonctionnement en boucle fermée est détecté, on substitue à KMADINI une valeur IüMADMEM mise en mémoire lors du fonctionnement du moteur immédiatement antérieur à l'arrêt du moteur qui a précédé le redémarrage de celui-ci. Dès que les conditions décrites plus haut sur P,,11 et N sont satisfaites, l'adaptation de la valeur de KMAD a un nouveau carburant éventuel est entreprise et la valeur alors calculée est mise en mémoire pour être utilisée en phase d'initialisation lors d' démarrage ultérieur du moteur. La valeur KMADMEM mise en mémoire peut subir un traitement de saturation de manière que la valeur mémorisée soit comprise entre deux seuils haut et KMADH et KMADB correspondant aux sur-richesse et sous- richesse transitoires admissibles, respectivement. Si la valeur KMAD calculée est comprise entre ces deux seuils, on mémorise KMAD. Si KMAD est situé à l'extérieur du domaine [KMADB, KMADH] on mémorise la valeur de seuil la plus voisine de la valeur de KMAD. Si le véhicule est équipé de moyens 15, tels que par exemple un détecteur d'ouverture du réservoir de carburant préalable à un remplissage de ce réservoir en carburant, ou de changement de bouteille de gaz naturel, permettant au calculateur 3 d'être informé de l'occurrence d'un chargement de carburant antérieur à un démarrage du moteur on peut avantageusement exécuter le sous-programme de la figure 3 à place de celui de la figure 2. Sur cette figure 3, il apparaît qu'en l'absence d'un tel événement, on initialise simplement KMAD à la valeur KMADMEM antérieurement mémorisée, alors que dans le cas contraire on initialise à une valeur KMADINI minimisant une désadaptation de richesse après chargement de carburant, tenant donc compte de la dispersion des rapports st#chiométriques associés aux carburants qui peuvent être introduits dans le véhicule. Par la suite dès que les conditions, décrites plus haut, d'exécution d'un calcul d'adaptation de KMAD sont réunies, ce calcul est exécuté et la valeur trouvée est adoptée et mémorisée. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande la composition d'un mélange air/carburant d'alimentation d' moteur à combustion interne (1) susceptible d'être alimenté par l'un quelconque de plusieurs carburants pour lesquels les rapports st#chiométriques dudit mélange sont éventuellement différents, la quantité (Q) carburant à introduire dans ledit mélange étant calculée par la relation où (P,,11) est la pression au collecteur d'admission dudit moteur et où (KAj) et (KMi) sont des corrections additives et multiplicatives respectivement l'une (KCL) desdites corrections multiplicatives participant à la régulation en boucle fermée de la richesse carburant dudit mélange, caractérisé en ce que, après démarrage du moteur (1) et lors d'un fonctionnement ultérieur de ladite régulation, on mesure une dérive éventuelle de la correction de richesse (KCL) et on tire de cette mesure une valeur d'une autre (KMAD) desdites corrections multiplicatives (KMi), adaptant la relation permettant le calcul de ladite quantité (Q) à un écart entre le rapport stoechiométrique du mélange air/carburant actuellement brûlé par le moteur et le rapport stoechiométrique pris en compte avant ledit démarrage du moteur (1). 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on procède à ladite mesure de ladite dérive après vérification de conditions sur pression d'admission (P,o,,) et sur le régime (N) du moteur (1), pour empêcher ladite mesure lors de modes de fonctionnement du moteur (1) susceptibles de la perturber. 3. Procédé conforme à revendication 2, caractérisé en ce que lesdites conditions sont constituées par l'une au moins des conditions du groupe formé par : la valeur absolue de dérivée temporelle de la pression (PCO,I) est inférieure à un seuil prédéterminé, 1a pression (P,,11) est comprise dans un domaine de pressions prédéterminé, le régime (N) du moteur est compris dans un domaine de régimes prédéterminé. 4. Procédé conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que ledit domaine de pression prédéterminé est divise en n zones et en ce qu'on autorise ladite mesure de dérive ' la pression (P,oll) reste dans une zone (i) intermédiaire entre un seuil bas (seuil-p-bas) et un seuil haut (seuil-p- haut) délimitant ledit domaine pendant au moins un temps (d) correspondant à la durée d'un nombre prédéterminé transitions du signal délivré par une sonde à oxygène (2) linéaire formant partie de moyens de mise en #uvre de ladite régulation de richesse en boucle fermée. 5. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, au démarrage du moteur (1), ladite correction d'adaptation (KMAD) est initialisée à une valeur prédéterminée (KMADINI) aussi longtemps que la commande du mélange air/carburant s'opère en boucle ouverte, et à une autre valeur prédéterminée (KMADMEM) mise en mémoire avant ledit démarrage, dès que la commande s'opère en boucle fermée. 6. Procédé conforme à la revendication 5, caractérise en ce que ladite valeur (KMADMEM) de la correction (KMAD) mise en mémoire est tirée de la valeur courante de (KMAD) avant l'arret du moteur (1), après soumission de cette valeur courante à opération de saturation. 7. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que, au démarrage du moteur, on detecte une éventuelle opération antérieure de chargement un réservoir d'alimentation en carburant dudit moteur et initialise la correction (KMAD) d'adaptation à ladite valeur prédéterminée (KMADINI) ou à ladite valeur mémorisée (KMADMEM) suivant qu'un tel remplissage a eu lieu ou non. 8. Dispositif pour la mise en #uvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant des moyens (2, 3) de régulation en boucle fermée de la valeur du mélange air/carburant d'alimentation du moteur (1) incluant une sonde à oxygène (2) placée dans les gaz d'échappement dudit moteur et des moyens de calcul (3) alimentés par le signal délivré par ladite sonde ) pour établir ladite quantité (Q) de carburant à introduire dans ledit mélange à l'aide de ladite relation caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul comprennent des moyens (10, 11) pour mesurer une dérive éventuelle de ladite correction de richesse (KCL) consécutive à un changement du carburant d'alimentation du moteur, et des moyens (12, 13) pour actualiser en retour la valeur de ladite quantité (Q) de carburant. Dispositif conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'actualisation comprennent des moyens (13) de correction dynamique ladite dérive (KCLMOY centré - KCLMOY). Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 8 et 9, pour la mise en #uvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection (15) d'un chargement de carburant d'alimentation du moteur (1) entre le dernier arrêt du moteur (1) et son redémarrage et des moyens pour initialiser la correction (KMAD) d'adaptation à ladite valeur prédéterminée (KMADINI) ou à ladite valeur mémorisée (KMADMEM) suivant qu'un tel chargement a eu lieu ou non.