Brevet FR2854201A1 — publié le 20041029

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne notamment d'un véhicule automobile, selon lequel on alimente la chambre de combustion avec un mélange maigre 5 carburant/air, et dont les oxydes d'azote NO. dégagés par la combustion sont fournis à un catalyseur accumulateur que l'on régénère. L'invention concerne également un programme d'ordinateur, un appareil de commande et un moteur à combustion interne pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. 10 Etat de la technique On connaît un tel procédé par exemple appliqué à des moteurs à combustion interne à injection directe. Dans ce cas, il est nécessaire d'assurer en cas de mélange maigre air/carburant, un stockage intermédiaire des oxydes d'azote pour décharger de nouveau ce stockage 15 du catalyseur accumulateur lors d'un fonctionnement avec un mélange riche air/carburant. L'instant de l'exécution d'une telle régénération du catalyseur accumulateur doit être choisi en fonction d'un grand nombre de paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne et c'est pourquoi cette opération ne peut fréquemment se faire qu'avec une mise 20 en oeuvre de moyens importants. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé permettant de déterminer de manière aussi optimale que possible l'instant de l'exécution d'une régénération d'un catalyseur accumulateur, sans né25 cessiter une mise en oeuvre de gros moyens comme cela est actuellement le cas. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé du type définici-dessus, caractérisé en ce qu'on prédéfinit une capacité d'accumulation 30 au point d'inflexion du chronogramme d'un signal du flux massique NO., en aval du catalyseur accumulateur, on détermine le flux massique NOx en fonction de cette capacité d'accumulation et on régénère le catalyseur accumulateur en fonction de ce flux massique NOx. La capacité d'accumulation au point d'inflexion du chrono35 gramme du flux massique NOx représente une grandeur caractéristique du catalyseur accumulateur. Cette grandeur permet de déterminer d'une manière très précise la capacité d'accumulation du catalyseur accumulateur. On en déduit de manière très précise un flux massique NO. en aval du catalyseur accumulateur et ainsi on peut déterminer la régénération du catalyseur accumulateur. L'invention permet ainsi de déterminer l'instant de l'exécution d'une régénération du catalyseur accumulateur sans nécessiter des moyens importants. Selon un développement avantageux de l'invention, on prédéfinit un taux de croissance relatif au point d'inflexion du chronogramme du flux massique NO. et on détermine ce flux massique en fonction de ce taux de croissance relatif. Le taux de croissance relatif au point d'inflexion du chronogramme de flux massique NOx représente une autre grandeur 10 caractéristique du catalyseur accumulateur. Cette grandeur permet de déterminer d'une manière encore plus précise la capacité d'accumulation du catalyseur accumulateur. Selon un autre développement de l'invention, on mesure au préalable la capacité d'accumulation et/ou le taux de croissance relatif 15 dans le cas d'un catalyseur accumulateur de référence et on enregistre ces valeurs. Il est particulièrement avantageux que la capacité d'accumulateur et/ou le taux de croissance relatif soient mesurés en fonction d'une température et/ou d'un débit massique de gaz d'échappement et/ou d'un débit massique NO,. Selon d'autres caractéristiques avantageuses: - on détermine le flux massique NO- (msnohkm) en aval du catalyseur accumulateur selon l'équation (G1) suivante: msnohkm = msnovhk 1+exp I mnospm RWRNO MNODB dans laquelle msnohkm = flux massique NOx en aval du catalyseur accumulateur (21) en mg/s, msnovhk = flux massique NO. en amont du catalyseur accumulateur 30 (21) en mg/s, mnospm = masse NOx accumulée dans le catalyseur accumulateur (21) en mg, MNODB = capacité d'accumulation de référence en mg au point d'inflexion (W) du signal msnohkm, RWRNO = taux de croissance de référence relatif ou pente du signal msnohkm à son point d'inflexion, - on détermine la masse NO, accumulée (mnospm) dans le catalyseur accumulateur avec l'équation (G2) suivante: mnospm = I (msnovhk - msnohkm) dt.. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une présentation schématique d'un exemple de réalisa10 tion d'un moteur à combustion interne selon l'invention, - la figure 2 est un schéma par blocs d'un exemple de réalisation d'un procédé selon l'invention pour la gestion du moteur à combustion interne de la figure 1, - la figure 3 montre un chronogramme géométrique des signaux servant 15 à décrire le procédé et le moteur à combustion interne des figures 1 et 2. Description de modes de réalisation La figure 1 montre un moteur à combustion interne 10 notamment destiné à équiper un véhicule automobile. Le moteur à combus20 tion interne 10 est un moteur à combustion interne à essence avec injection directe. L'invention décrite ci-après peut toutefois s'appliquer de façon correspondante à un moteur à combustion interne Diesel ou à un moteur à combustion interne avec injection dans la conduite d'admission. Le moteur à combustion interne 10 comporte un cylindre 25 11 équipé d'un piston 12 mobile suivant un mouvement alternatif dans le cylindre. Le cylindre 11 et le piston 12 délimitent une chambre de combustion 13. Une conduite d'admission 14 est reliée à la chambre de combustion 13 pour fournir de l'air à la chambre de combustion 13. La chambre de combustion 13 est également reliée à une conduite 30 d'échappement 15 pour évacuer les gaz d'échappement de la chambre de combustion 13. La commande de l'alimentation d'air et du flux des gaz d'échappement est assurée par des soupapes 16. La chambre de combustion 13 est en outre équipée d'un injecteur 17 et d'une bougie d'allumage 18. L'injecteur 17 permet d'injecter du carburant dans la chambre de 35 combustion 13 et la bougie 18 allume le carburant injecté dans la chambre de combustion 13 pour le brûler. La conduite d'échappement 15 est reliée à un catalyseur à trois voies 19 prévu pour convertir les composants polluants HC, CO et NO,, en composants H20, C02 et N2. Le catalyseur à trois voies est relié par un tuyau 20 à un catalyseur accumulateur 21. Le tuyau 20 est équipé d'un capteur de température 22 qui détermine la température TSK des gaz d'échappement arrivant dans le catalyseur accumulateur 21. Le cataly5 seur accumulateur 21 est en outre relié à un tuyau 23 équipé d'un capteur d'oxyde d'azote NO, 24. Le capteur NO. 24 détermine la concentration NOX des oxydes d'azote NO. contenus dans les gaz d'échappement traversant le tuyau 23. Si le moteur à combustion interne 10 fonctionne avec un io mélange stoechiométrique air/carburant, c'est-à-dire un coefficient lambda = 1, les composants polluants sont convertis par le catalyseur à trois voies 19. Pour économiser du carburant on fait toutefois fonctionner le moteur à combustion interne 10 avec un mélange pauvre air/carburant, c'est-à- dire avec un coefficient lamnbda > 1. Il en résulte que les oxydes 15 d'azote NOx contenus dans les gaz d'échappement ne peuvent plus être réduits à cause de l'excédent d'air au niveau du catalyseur à trois voies 19. Pour cela, il est prévu un catalyseur accumulateur 21 permettant de stocker de façon intermédiaire les oxydes d'azote NO.. La capa20 cité de stockage du catalyseur accumulateur 21 est limitée. Ainsi, sa capacité de stockage diminue à partir d'un certain degré de remplissage du catalyseur accumulateur 2 1. De plus, la limite de la capacité spécifique dépend de paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne 10. Le catalyseur accumulateur 21 doit toujours être déchargé, c'est-à-dire régénéré. Pour cela, on fait fonctionner brièvement le moteur à combustion interne 10 avec un mélange riche carburant/air, c'est-à-dire avec un coefficient lambda L'instant auquel s'exécute une régénération du catalyseur accumulateur 21 peut se déterminer à l'aide du capteur NO. 24. C'est ainsi qu'il est par exemple possible de lancer une régénération précisément 35 lorsque la concentration NOX des oxydes d'azote NO., contenus dans le gaz d'échappement dépasse un premier seuil prédéfini et/ou si la concentration additionnée ou intégrée NOX des azotes NO. contenus dans les gaz d'échappement dépasse un second seuil donné. En particulier, lors du démarrage à froid du moteur à combustion interne 10, le capteur NO. 24 est prêt à fonctionner seulement après un temps d'attente. Pendant ce temps d'attente, on ne peut exécuter la détermination décrite ci-dessus de l'instant pour l'exécution d'une régés nération du catalyseur accumulateur 21. Entre autres, pendant ce temps d'attente, on peut appliquer le procédé selon l'invention, décrit ciaprès. La figure 2 montre un procédé de gestion du moteur à combustion interne 10. Ce procédé est exécuté par un appareil de commande recevant des signaux d'entrée de capteur, par exemple ceux du capteur de 10 température 22 ou du capteur NO, 24 et fournissant des signaux de sortie pour les actionneurs, par exemple pour l'injecteur 17 ou la bougie d'allumage 18 pour commander le moteur à combustion interne 10. L'appareil de commande est conçu pour exécuter le procédé décrit ciaprès. L'appareil de commande peut être réalisé dans les mêmes condi15 tions soit en technique de circuit et/ou comme processeur numérique avec des mémoires. Dans ce dernier cas on utilise un programme conçu pour exécuter le procédé. Selon le procédé on dispose d'un modèle de flux massique brut d'oxyde d'azote NO. et on l'exécute. Ce modèle est représenté par le 20 bloc 25 à la figure 2. Ce modèle de flux massique brut NO. 25 détermine un flux massique d'oxyde d'azote NO. msnovhk en amont du catalyseur accumulateur 21 au moins en fonction de la charge L appliquée au moteur à combustion interne 10 et du régime (vitesse de rotation) N du moteur à combustion interne 10. Le modèle de flux massique brut NOx peut 25 par exemple être réalisé sous la forme d'un champ de caractéristiques ou d'une équation. Comme cela apparaît à la figure 1, le flux massique NOS, msnovhk passe dans le tuyau 21 du catalyseur à trois voies 19 dans le catalyseur accumulateur 21. Le procédé fournit également un modèle de catalyseur ac30 cumulateur et l'exécute. Ce modèle est représenté à la figure 2 par le bloc 26. Ce modèle de catalyseur accumulateur 26 détermine un flux massique d'oxyde d'azote NO, msnohkm en aval du catalyseur accumulateur 21 selon l'équation qui sera décrite ensuite. Comme le montre la figure 1, ce flux massique NOx msnohkm passe dans le tuyau 23 sortant du cataly35 seur accumulateur 21. Le flux massique NO. msnohkm est le flux massique NOx qui n'a pas été converti par le catalyseur accumulateur 21 et ainsi sort du moteur à combustion interne 10 comme produit polluant. Le modèle de catalyseur accumulateur 26 détermine en outre la masse d'oxyde d'azote NO. accumulée mnospm. Il s'agit de la masse accumulée provisoirement dans le catalyseur accumulateur 21. Cette masse NO. accumulée mnospm est également indiquée à la figure 1 5 comme contenu du catalyseur accumulateur 21. La masse NO. accumulée mnospm se détermine à l'aide d'une équation qui sera décrite ensuite. En fonction du flux massique NO- msnohkm et/ou en fonction de la masse NO. accumulée mnospm, le procédé exécute une commande de régénération. Ce procédé est représenté par le bloc 27 de la io figure 2. Cette commande de régénération 27 détermine l'instant auquel doit être faite la régénération du catalyseur accumulateur 21. Comme cela sera décrit ensuite, cette détermination est indépendante de la concentration NOX en oxyde d'azote NO, des gaz d'échappement, concentration mesurée par le capteur NO. 24. En plus, la commande de régénération 27 15 peut également fournir la concentration NOX des oxydes d'azote NOx mesurée par le capteur NO. 24 dans les gaz d'échappement. La commande de régénération 27 peut également détermine l'instant de l'exécution d'une régénération du catalyseur accumulateur en fonction de cette concentration NOX mesurée des oxydes d'azote NO.. On peut également envisager 20 une combinaison de ces deux possibilités. Pour déterminer le flux massique NO., msnohkm on applique l'équation G1 suivante: msnovhk msnohkm = . 1+ exp 1 mnospm RWRNO t MNODB R msnohkm = flux massique NOx en aval du catalyseur accumulateur 21 en mg/s, msnovhk = flux massique NOx en amont du catalyseur accumulateur 21 30 en mg/s, mnospm = masse NOx accumulée dans le catalyseur accumulateur 21 en mg, MNODB = capacité d'accumulation de référence en mg au point d'inflexion W du signal msnohkm, RWRNO = taux de croissance de référence relatif ou pente du signal msnohkm à son point d'inflexion W. Le flux massique NO., msnovhk est fourni par le modèle de flux massique brut NO. 25 comme décrit. La masse NOx accumulée mnospm se détermine à l'aide de l'équation G2 comme déjà indiqué: mnospm = f (msnovhk - msnohkm) dt La capacité d'accumulation de référence MNODB et le taux de croissance de référence, relatif, RWRNO seront décrits ci- après à l'aide i0 de la figure 3. La figure 3 représente les chronogrammes du flux massique NOS, msnovhk en amont du catalyseur accumulateur 21, du flux massique NO. msnohkm en aval du catalyseur accumulateur 21 et la masse NO. mnospm accumulée dans le catalyseur accumulateur 21 en fonction 15 du temps t. On suppose qu'à l'instant t = 0, le catalyseur accumulateur 21 est déchargé et le flux massique NO., msnovhk, en amont du catalyseur 21, est sensiblement constant. Le flux massique NOS, msnovhk représente une accumulation continue d'oxydes d'azote NO. dans le catalyseur accumulateur 21. Il 20 en résulte que la masse NO, accumulée, mnospm augmente. Comme le catalyseur accumulateur 21 possède en principe toute sa capacité d'accumulation, le flux massique NO., msnohkm est sensiblement nul en aval du catalyseur accumulateur 21. Dans la zone portant la référence D à la figure 3, on a toutefois l'effondrement. Cela signifie que le flux massique 25 NO., msnohkm commence maintenant à augmenter. Cela résulte du fait que la capacité d'accumulation du catalyseur accumulateur 21 diminue lentement car il se rapproche de sa limite de capacité. Dans la suite, la masse NO. accumulée, mnospm et le flux massique NO., msnohkm continuent d'augmenter. Le chronogramme du flux massique NO., msnohkm présente un point d'inflexion portant la référence W à la figure 3. Ce point a été évoqué en liaison avec l'équation 1. Au point d'inflexion W, la dérivée seconde du signal du flux massique NOS, msnohkm est égale à zéro. Ensuite, après le point d'inflexion W, le flux massique NOS, 35 msnohkm et la masse NOx accumulés, mnospm se rapprochent de la saturation; la saturation est désignée par la référence S à la figure 3. Au niveau de la saturation S. le catalyseur accumulateur 21 est complètement chargé si bien que sa capacité de stockage est pratiquement nulle. Il en résulte que le flux massique NO,, msnovhk en amont du catalyseur accumulateur 21 est égal au flux massique NO., msnohkm en aval du catalyseur accumulateur 21. Au point d'inversion W, le catalyseur accumulateur 21 pré5 sente une certaine capacité d'accumulation qui subsiste encore ainsi qu'un certain taux de croissance relative pour continuer d'accumuler des oxydes d'azote NO-. Cette capacité d'accumulation et ce taux de croissance relative ne sont pas connus pour le catalyseur accumulateur 21 effectivement utilisé dans le moteur à combustion interne 10. La capacité d'accumulation et le taux de croissance relatif sont toutefois déterminés au préalable pour un catalyseur accumulateur de référence du même type à l'aide de mesures. Ces mesures sont effectuées ainsi en fonction de la température du catalyseur accumulateur de référence et/ou en fonction du flux massique de gaz d'échappement et/ou 15 du flux massique NO,. A partir de ces mesures on obtient la capacité d'accumulation de référence MNODB et le taux de croissance de référence RWTRNO selon l'équation G1. Les valeurs mesurées de la capacité d'accumulation de référence MNODB et le taux de croissance de référence RVWRNO sont enregistrés dans l'appareil de commande dans deux champs 20 de caractéristiques en fonction de la température du catalyseur accumulateur de référence et/ou du flux massique de gaz d'échappement. La capacité d'accumulation de référence MNODB et le taux de croissance de référence correspondant RWVRNO seront utilisés ensuite comme capacité d'accumulation et comme taux de croissance relative du 25 catalyseur accumulateur 21 existant réellement. Pour cela, le modèle de catalyseur accumulateur 26 reçoit la température TSK du catalyseur accumulateur 21; cette température est mesurée par un capteur de mesure ou est déterminée d'une autre manière, par exemple par modélisation. Ensuite, le modèle de catalyseur accumulateur 26, si besoin, fournit un si30 gnal de flux massique de gaz d'échappement AMS que l'on peut générer notamment à l'aide d'une modélisation. A la place du signal de flux massique de gaz d'échappement AMS on peut également utiliser le flux massique NO., msnovhk. Cela permet d'extraire des deux champs de caractéristiques indiqués ci-dessus, à la fois la capacité d'accumulation de 35 référence MNODB et le taux de croissance de référence, relatif, RWRNO. Dans le procédé, on détermine alors dans la première étape, pour un instant t > 0 et à l'aide de l'équation G2, la masse accumulée d'oxyde d'azote NOx, mnospm et cela en partant de l'instant t = 0 auquel le catalyseur accumulateur 21 est déchargé; ainsi, le flux massique NO., msnohkm, est essentiellement nul en aval du catalyseur accumulateur 21. Dans une seconde étape, on détermine le flux massique NO. msnohkm à l'aide de l'équation G1 et de la masse NO. accumulé et calculé au pré5 alable, c'est-à-dire la masse mnospm. A partir du flux massique NO. existant maintenant, c'est-à-dire msnohkm, on peut, dans une autre étape et à l'aide de l'équation G2, déterminer de nouveau la masse NO. accumulée, c'est-à-dire mnospm. Le procédé peut ainsi être poursuivi avec la seconde et la troisième étape. Comme résultat du procédé, le modèle de catalyseur accumulateur 26 génère en continu les valeurs actuelles pour le flux massique NO., msnohkm et pour la masse NO. accumulée, mnospm. Comme déjà indiqué, ces valeurs sont utilisées pour la commande de régénération 27 pour déterminer l'instant auquel doit se faire la génération du catalyseur 15 accumulateur 21. Comme déjà indiqué, les valeurs actuelles du flux massique NO., c'est-àdire msnohkm, et la masse NO., accumulée, c'est-à-dire mnospm, sont des valeurs indépendantes du capteur NO. 24. Ces valeurs obtenues à partir du modèle de catalyseur accumulateur 26 peuvent entre autre être utilisées si le capteur NO., 24 n'est pas prêt à fonctionner après 20 un démarrage à froid. Les valeurs fournies par le modèle de catalyseur accumulateur 26 pour le flux massique NO., msnohkm et pour la masse NO. accumulée, mnospm, peuvent également servir pour remplacer complètement le capteur NO. 24. Ces valeurs peuvent également servir à 25 déceler un défaut ou des phénomènes de vieillissement du capteur NO., 24 et le cas échéant de l'adapter. La même remarque s'applique pour un défaut ou un phénomène de vieillissement du catalyseur accumulateur 21. Cette constatation peut également s'obtenir en particulier par un facteur d'adaptation combiné à la capacité d'accumulation de référence 30 MNODB. O10 REVENDICATIONS 1 ) Procédé de gestion d'un moteur à combustion interne (10) notamment d'un véhicule automobile, selon lequel on alimente la chambre de combustion (13) avec un mélange maigre carburant/air, et dont les oxydes 5 d'azote NOx dégagés par la combustion sont fournis à un catalyseur accumulateur (21) que l'on régénère caractérisé en ce qu' on prédéfinit une capacité d'accumulation (MNODB) au point d'inflexion (W) du chronogramme d'un signal du flux massique NOx, (msnohkm) en 10 aval du catalyseur accumulateur (21), on détermine le flux massique NOx (msnohkm) en fonction de cette capacité d'accumulation (MNODB) et on régénère le catalyseur accumulateur (21) en fonction de ce flux massique NOx (msnohkm) . 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on prédéfinit un taux de croissance relatif (RWRNO) au point d'inflexion (W) du chronogramme du flux massique NOx (msnohkm) et on détermine 20 ce flux massique NOx (msnohkm) en fonction de ce taux de croissance relatif (RWRNO). 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on mesure au préalable la capacité d'accumulation (MNODB) et/ou le taux de croissance relatif (RWRNO) pour un catalyseur accumulateur de référence et on enregistre ces informations. 4 ) Procédé selon la revendication 3, 30 caractérisé en ce qu' on mesure la capacité d'accumulation (MNODB) ou le taux de croissance relatif (RWRNO) en fonction d'une température (TSK) et/ou d'un flux massique de gaz d'échappement et/ou d'un flux massique NOx. 5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine le flux massique NOx (msnohkm) en aval du catalyseur accumulateur (21) selon l'équation (G 1) suivante: msnovhk msnohkm msnovhk l+exp[/1 mnospm'RWRNO [( MNODB RWRNO] dans laquelle msnohkm = flux massique NOx en aval du catalyseur accumulateur (21) en mg/s, msnovhk = flux massique NOx en amont du catalyseur accumulateur (21) en mg/s, mnospm = masse NOx accumulée dans le catalyseur accumulateur (21) en mg, MNODB = capacité d'accumulation de référence en mg au point d'inflexion () du signal msnohkm, RWRNO = taux de croissance de référence relatif ou pente du signal S5 msnohkm à son point d'inflexion (). 6 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on détermine la masse NOx accumulée (mnospm) dans le catalyseur ac20 cumulateur (21) avec l'équation (G2) suivante: mnospm = f (msnovhk - msnohkm) dt. 7 ) Programme d'ordinateur pour l'application du procédé selon l'une des 25 revendications 1 à 6. 8 ) Appareil de commande pour appliquer le procédé selon l'une des revendications 1 à 6. 9 ) Moteur à combustion interne (10) équipé d'un appareil de commande destiné à l'application du procédé selon l'une des revendications 1 à 6.