Brevet FR2819292A1 — publié le 20020712

- 1 - L'invention concerne un dispositif d'épuration de gaz d'échappement pour moteur à combustion interne, comprenant une commande de moteur servant à régler la composition de mélange du moteur à combustion interne, une première sonde de gaz d'échappement disposée dans l'écoulement de gaz d'échappement du moteur à combustion interne, un premier élément d'épuration de gaz d'échappement disposé dans l'écoulement de gaz d'échappement du moteur à combustion interne en aval de la première sonde de gaz d'échappement, une unité de régulation reliée du côté entrée à la première sonde de gaz d'échappement et du côté sortie à la commande de moteur et servant à la régulation de la composition de mélange du moteur à combustion interne en fonction de la composition de gaz d'échappement mesurée par la première sonde de gaz d'échappement, et une seconde sonde de gaz d'échappement disposée dans l'écoulement de gaz d'échappement du moteur à combustion interne en aval du premier élément d'épuration de gaz d'échappement. Dans les véhicules automobiles de tourisme comportant un moteur à combustion interne, un catalyseur est habituellement utilisé pour l'épuration de l'écoulement de gaz d'échappement. Pour obtenir un effet optimal d'épuration, la concentration d'oxygène dans le catalyseur doit être située dans les limites d'une largeur de bande préfixée. Cela est important, étant donné que les substances nocives HC, CO et NOx ne sont converties d'une manière optimale que pour la concentration d'oxygène préfixée dans le catalyseur. Le réglage de la composition de mélange voulue du moteur à combustion interne s'effectue au moyen de la commande de moteur électronique, laquelle détermine par exemple d'une manière appropriée la durée d'injection, I'instant d'injection ou la position de papillon des gaz. Il est en outre connu de réaliser une régulation de la composition du mélange du moteur en fonction de la composition des gaz d'échappement de ce moteur, afin de rétablir le plus rapidement possible la concentration optimale d'oxygène dans le catalyseur après une perturbation, telle que par exemple une coupure provisoire d'alimentation en décélération. Il est prévu à cet effet, disposée dans l'écoulement de gaz d'échappement et entre le moteur et le catalyseur, une sonde lambda qui mesure la composition des gaz d'échappement et qui, du côté sortie, est reliée à la commande de moteur électronique par l'intermédiaire d'une unité de régulation comportant au moins une partie-I double. La partie-I double de l'unité de régulation permet avantageusement de rétablir la concentration d'oxygène dans le -2- catalyseur après des perturbations qui ne dépassent pas la capacité d'accumulation d'oxygène du catalyseur. Il se produit donc une tenue de bilan locale de la concentration d'oxygène dans le catalyseur, la régulation ayant pour tâche de maintenir cette concentration d'oxygène dans le catalyseur dans les limites d'une largeur de bande préfixée. Si, par contre, la variation de la concentration d'oxygène due à la perturbation dépasse la capacité d'accumulation du catalyseur, il se produit des erreurs lors de l'élimination de la perturbation par la régulation. Il en résulte qu'outre les émissions dues à la perturbation, des émissions supplémentaires sont provoquées par la tenue de bilan locale entachée d'erreur, en raison d'une sur-compensation. Dans le dispositif connu d'épuration de gaz d'échappement pour moteur à combustion interne précédemment décrit, il existe également l'inconvénient résidant dans le fait que des perturbations plus importantes sont éliminées par la régulation d'une manière entachée d'erreur, ce qui entraîne des émissions supplémentaires. C'est pourquoi le problème qui est à la base de l'invention consiste, dans le dispositif connu d'épuration de gaz d'échappement pour moteur à combustion interne, précédemment décrit, à améliorer le comportement de régulation pour la concentration d'oxygène du catalyseur d'une manière telle que même des perturbations très importantes soient éliminées par la régulation d'une manière nette. En partant du dispositif connu d'épuration de gaz d'échappement pour moteur à combustion interne décrit en introduction, le problème est résolu par le fait que l'unité de régulation comporte une entrée de commande afin de pouvoir influer sur le comportement de régulation de l'unité de régulation et de modifier la tenue de bilan locale de la concentration d'oxygène dans l'élément d'épuration de gaz d'échappement, I'entrée de commande de l'unité de régulation étant reliée à la seconde sonde de gaz d'échappement. L'invention couvre l'enseignement technique général consistant à prévoir, pour la régulation de la concentration d'oxygène dans le catalyseur, deux circuits de régulation indépendants l'un de l'autre. Le premier circuit de régulation comprend de préférence au moins deux régulateurs-I disposés l'un derrière l'autre, tandis que, par contre, le second circuit de régulation influe de préférence sur le comportement de régulation et/ou l'ajustement du premier régulateur-l, afin d'éviter une sur-compensation dans le cas d'une perturbation très importante. Comme grandeur d'entrée, le second circuit de régulation reçoit de préférence le signal de sortie d'une sonde de gaz -3- d'échappement qui est disposée dans l'écoulement de gaz d'échappement du moteur en aval du catalyseur et qui est de préférence réalisée sous forme d'une sonde lambda binaire. Le dispositif d'épuration de gaz d'échappement conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - I'unité de régulation comporte deux régulateurs-I montés l'un derrière l'autre, la seconde sonde de gaz d'échappement étant reliée à l'un des deux régulateurs-I, afin d'influer sur le comportement de régulation de ce régulateur-I en fonction de la composition de gaz d'échappement mesurée par la seconde sonde de gaz d'échappement, - un second élément d'épuration de gaz d'échappement est disposé dans l'écoulement de gaz d'échappement du moteur à combustion interne en aval de la seconde sonde de gaz d'échappement, - le premier élément d'épuration de gaz d'échappement et/ou le second élément d'épuration de gaz d'échappement comprennent un catalyseur, - la première sonde de gaz d'échappement et/ou la seconde sonde de gaz d'échappement sont des sondes lambda, - la sonde lambda est une sonde lambda binaire, - I'unité de régulation comprend un régulateur-P, un régulateur-l, un régulateur-D et/ou un régulateur-I2. D'autres développements avantageux de l'invention sont exposés ci- après en détail à l'aide de la description de l'exemple préféré de réalisation de l'invention qui est faite en regard des dessins. On voit: à la figure 1, sous forme de schéma-blocs, le dispositif d'épuration de gaz d'échappement conforme à l'invention et, à la figure 2, I'unité de régulation du dispositif d'épuration de gaz d'échappement de la figure 1. Le dispositif d'épuration de gaz d'échappement représenté à la figure 1 permet une épuration de l'écoulement de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne 1. A cet effet, il est prévu, disposé dans cet écoulement de gaz d'échappement du moteur 1, un pré-catalyseur 2, une sonde lambda 23 étant disposée entre le moteur 1 et le pré-catalyseur 2, cette sonde lambda 3 mesurant la composition de l'écoulement de gaz d'échappement avant le pré-catalyseur 2 et délivrant un signal de sortie correspondant XMESS1. Du côté sortie, le pré-catalyseur 2 est relié à un catalyseur principal 4 qui effectue l'épuration complète de l'écoulement de gaz d'échappement, -4- une seconde sonde lambda 5 étant disposée entre le pré-catalyseur 2 et le catalyseur principale 4, cette sonde lambda 5 mesurant la composition de l'écoulement de gaz d'échappement avant le catalyseur principale 4 et délivrant un signal de sortie correspondant XMESS2- En ce qui concerne la sonde lambda 5, il s'agit d'une sonde lambda binaire qui, lors d'une transition pauvre-riche de la composition des gaz d'échappement, délivre un signal correspondant. Pour la conversion optimale des substances nocives HC, CO et NOx, contenues dans l'écoulement de gaz d'échappement, dans le pré-catalyseur 2 et dans le catalyseur principal 4, il est important de maintenir une concentration d'oxygène préfixée dans ce pré-catalyseur 2 et ce catalyseur principal 4, la concentration d'oxygène pouvant fluctuer dans les limites d'une faible largeur de bande, sans essentiellement rendre moins efficace l'action d'épuration. Pour régler la concentration d'oxygène voulue respectivement dans le pré-catalyseur 2 et dans le catalyseur principal 4, il est prévu deux circuits de régulation indépendants l'un de l'autre qui sont décrits ciaprès. Du côté entrée, le premier circuit de régulation est relié à la sonde lambda 3 et relève ainsi la composition des gaz d'échappement avant le pré- catalyseur. Du côté sortie, la sonde lambda 3 est reliée à un additionneur 7 qui, à la valeur de mesure XMESS1, ajoute une valeur de décalage XOFFSET qui est calculée par une unité de commande 8 en fonction du signal de sortie XMESS1 de la sonde lambda binaire 5. Du côté sortie, l'additionneur 7 est relié à un soustracteur 9 qui calcule l'écart de régulation A, servant à commander une unité de régulation 10. A cet effet, le dispositif d'épuration de gaz d'échappement reçoit, en tant que condition préfixée, une valeur de consigne XSOLL pour la composition de gaz d'échappement avant le pré- catalyseur 2. La valeur de consigne XSOLL est envoyée à une unité de compensation 11 qui compense le comportement de mesure de la sonde lambda 3 ainsi que les temps de propagation de signal et produit une valeur de consigne compensée)'SK qui est envoyée au soustracteur 9. Par ailleurs, dans le cadre d'un second circuit de régulation, I'unité de régulation 10 est reliée à la sonde lambda 5, afin de pouvoir modifier le comportement de régulation dans le cas d'une transition brusque du pré- catalyseur 2, donc dans des cas dans lesquels la composition des gaz d'échappement en aval du pré-catalyseur 2 varie. -5- L'unité de régulation 10 détermine, en fonction de l'écart de régulation A;, un signal de régulation AREGEL qui est envoyé à un additionneur 13 par l'intermédiaire d'un limiteur 12. L'autre entrée de l'additionneur 13 reçoit, par l'intermédiaire d'un diviseur 14, la valeur de consigne XSOLL préfixée pour la composition de gaz d'échappement. Du côté sortie, I'additionneur 13 est relié à un multiplicateur 15 qui forme le produit d'un débit de carburant préfixé (basic fuel mass) et du signal de sortie de l'additionneur 13 et l'envoie à une commande de moteur 16 qui règle alors en conséquence la composition du mélange du moteur 1. On décrit ci-après, en se référant à la figure 2, la structure de l'unité de régulation 10. L'unité de régulation 10 comprend un régulateur-P 17 et un régulateur-D 18 qui, du côté entrée, détectent l'écart de régulation AX et, du côté sortie, sont reliés chacun à un additionneur 21 par l'intermédiaire d'un limiteur respectif 19 ou 20. L'unité de régulation 10 comprend en outre un régulateur-I 22 et un régulateur-I2 23 qui, du côté entrée, détectent l'écart de régulation AX et, du côté sortie, sont reliés à l'additionneur 21 par l'intermédiaire d'un additionneur 24 et d'un limiteur 25. Par ailleurs, le régulateur 12 est relié à la sonde lambda 5 et modifie son comportement de régulation en fonction du signal de sortie XMESS2 de la sonde lambda 5, dans la mesure o la valeur de fonction du premier intégrateur du régulateur 12 23 est réduite en valeur absolue lorsque la sonde lambda 5 signale une transition brusque du pré-catalyseur 2. De ce fait, I'opération de la tenue de bilan locale est modifiée d'une manière telle qu'il soit tenu compte de la capacité d'accumulation d'oxygène du pré-catalyseur 2. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit précédemment. Bien au contraire, il est possible d'imaginer de multiples variantes et modifications qui utilisent le concept de l'invention et entrent donc également dans la portée de protection. -6- REVENDICATIONS 1. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement pour moteur à combustion interne (1), comprenant une commande de moteur (16) servant à régler la composition de mélange du moteur à combustion interne (1), une première sonde de gaz d'échappement (3) disposée dans l'écoulement de gaz d'échappement du moteur à combustion interne (1), un premier élément d'épuration de gaz d'échappement (2) disposé dans l'écoulement de gaz d'échappement du moteur à combustion interne (1) en aval de la première sonde de gaz d'échappement (3), une unité de régulation (10) reliée du côté entrée à la première sonde de gaz d'échappement (3) et du côté sortie à la commande de moteur (16) et servant à la régulation de la composition de mélange du moteur à combustion interne (1) en fonction de la composition de gaz d'échappement mesurée par la première sonde de gaz d'échappement (3), et une seconde sonde de gaz d'échappement (5) disposée dans l'écoulement de gaz d'échappement du moteur à combustion interne (1) en aval du premier élément d'épuration de gaz d'échappement (2), caractérisé en ce que l'unité de régulation (10) comporte une entrée de commande afin de pouvoir influer sur le comportement de régulation de l'unité de régulation (10) et de modifier la tenue de bilan locale de la concentration d'oxygène dans l'élément d'épuration de gaz d'échappement (2), I'entrée de commande de l'unité de régulation (10) étant reliée à la seconde sonde de gaz d'échappement (5). 2. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de régulation (10) comporte deux régulateurs-I montés l'un derrière l'autre, la seconde sonde de gaz d'échappement (5) étant reliée à l'un des deux régulateurs-l, afin d'influer sur le comportement de régulation de ce régulateur-I en fonction de la composition de gaz d'échappement mesurée par la seconde sonde de gaz d'échappement (5). 3. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un second élément d'épuration de gaz d'échappement (4) est disposé dans l'écoulement de gaz d'échappement du moteur à combustion interne (1) en aval de la seconde sonde de gaz d'échappement (5). -7- 4. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier élément d'épuration de gaz d'échappement (2) et/ou le second élément d'épuration de gaz d'échappement (4) comprennent un catalyseur. 5. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement suivant l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que la première sonde de gaz d'échappement (3) et/ou la seconde sonde de gaz d'échappement (5) sont des sondes lambda. 6. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la sonde lambda est une sonde lambda binaire. 7. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'unité de régulation (10) comprend un régulateur-P (17), un régulateur-I (22), un régulateur-D (18) et/ou un régulateur-I2 (23).