Brevet FR2883042A1 — publié le 20060915

La présente invention concerne un système de contrôle du bascule-ment du fonctionnement d'un moteur de véhicule automobile entre des modes riche et pauvre, à la fin d'une régénération d'un piège à NOx intégré dans une ligne d'échappement du moteur. Un piège à NOx est un système de réduction des émissions polluantes qui traite les NOx grâce à un fonctionnement séquentiel du moteur en modes de stockage et de déstockage correspondant à des fonctionnements de celui-ci en mode pauvre avec >1 et en mode riche avec Lorsque le piège est saturé en NOx, il est régénéré par un bascule-ment du moteur en mode riche avec production de réducteurs, comme entre autres, CO et HC. A la fin de la régénération, le moteur est rebasculé en mode de fonctionnement pauvre. Ce basculement est caractérisé par des paramètres, comme la richesse, la durée et la fréquence des injections de carburant. Une transition de mode de fonctionnement du moteur doit se faire le plus vite possible en totale transparence pour le conducteur du véhicule, c'est-à-dire sans à-coups et sans changement de bruit de fonctionnement et en limitant la pénalité liée à l'émission de polluants ou à une surconsommation en carburant. D'une façon générale, on sait qu'un tel moteur est associé à des commandes de la boucle d'air de celui-ci, à des moyens de commande de la pression de carburant dans une rampe commune d'alimentation en carburant des cylindres de celui-ci et à des moyens de commande des injections de carburant dans ces cylindres. En mode de fonctionnement riche, les paramètres d'injection c'est-à- dire la quantité de carburant injectée, le phasage et la pression de carburant dans la rampe commune, etc..., de même que les paramètres de la boucle d'air, c'est-à-dire le débit d'air, la recirculation des gaz d'échappement, également appelée EGR, et la position du turbocompresseur, etc..., associés à un tel moteur, sont modifiés par rapport à ceux du mélange pauvre de fonctionnement. Le réglage global de ces différents paramètres permet d'atteindre les objectifs de prestations en termes de couple, d'émissions de polluants, de bruit, etc.. Chaque état du moteur (pauvre ou riche) est donc caractérisé par des cartographies et des modules de contrôle spécifiques qui décrivent les paramè- tres d'injection, par exemple le phasage et la quantité de chaque injection, la pression de carburant dans la rampe, etc.., et les paramètres de la boucle d'air, comme par exemple le débit d'air, la pression de suralimentation, la position d'une vanne EGR, la position du turbocompresseur, etc..., et qui mènent à un contrôle des différents actionneurs du moteur, comme par exemple la vanne EGR, le turbocompresseur, un papillon d'admission des gaz, des injecteurs ou encore une pompe à haute pression, etc.. Ceci est réalisé par des moyens de basculement de paramètres de contrôle de ces différents moyens entre des paramètres de contrôle du fonctionnement du moteur en mélange riche et des paramètres de contrôle du fonctionnement du moteur en mélange pauvre. A la fin de la régénération des moyens de dépollution, lors du passage du moteur d'un fonctionnement en mode riche vers un fonctionnement en mode pauvre, les paramètres d'injection et de la boucle d'air passent donc d'une série de cartographies et de régulateurs pour le mode riche, à une autre série de car- tographies et de régulateurs pour le mode pauvre. La façon selon laquelle ce basculement est réalisé, est très importante et a un impact important sur les prestations du moteur en termes de bruit, de couple et d'émissions polluantes pendant la phase de basculement. Le but de l'invention est de proposer un système de contrôle de ce basculement. A cet effet, l'invention a pour objet un système de contrôle du basculement du fonctionnement d'un moteur de véhicule automobile entre des modes riche et pauvre, à la fin d'une régénération d'un piège à NOx intégré dans une ligne d'échappement du moteur et dans lequel le moteur est associé à des moyens de commande de la boucle d'air de celui-ci, à des moyens de commande de la pression de carburant dans une rampe commune d'alimentation en carburant des cylindres de celui-ci, à des moyens de commande des injections de carburant dans ces cylindres et à des moyens de basculement des paramètres de contrôle de ces moyens entre des paramètres de contrôle du fonctionnement du moteur en mélange riche et des paramètres de contrôle du fonctionnement du moteur en mélange pauvre, caractérisé en ce que les moyens de basculement des paramètres comprennent des moyens de basculement progressif des para-mètres de contrôle des moyens de commande de la boucle d'air et de la pression de carburant dans la rampe commune d'alimentation et des moyens de bascule- ment instantané des paramètres des moyens de commande des injections, mais différé vers la fin du basculement progressif des paramètres des autres moyens de commande, entre leurs valeurs de mode riche et de mode pauvre. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention: - en mode pauvre, le débit d'air en entrée du moteur est contrôlé en boucle fermée par une vanne de recirculation des gaz d'échappement en entrée de celui-ci; - en mode pauvre, la pression d'admission des gaz dans le moteur est 10 contrôlée en boucle fermée par un turbocompresseur associé à ce moteur; en mode pauvre, la pression d'admission des gaz dans le moteur est contrôlée en boucle fermée par un papillon d'admission des gaz; - en mode pauvre, un papillon d'admission des gaz dans le moteur est piloté à boucle ouverte; - en mode riche, le débit d'air en entrée du moteur est contrôlé en bou- cle fermée par un papillon d'admission des gaz; - en mode riche, la pression d'admission des gaz dans le moteur est contrôlée par une vanne de recirculation des gaz d'échappement en entrée de celui- ci; - en mode riche, un turbocompresseur associé au moteur est piloté en boucle ouverte; - les valeurs des paramètres de mode riche et de mode pauvre, sont issues de cartographies prédéterminées; - les moyens de basculement progressif sont des moyens de bascu- lement selon au moins une partie de rampe; et la rampe est déterminée à partir d'une cartographie prédéterminée en fonction du régime et de la charge du moteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig.1 est un schéma synoptique illustrant la structure d'un système selon l'invention; - la Fig.2 illustre la caractérisation des modes de fonctionnement d'un moteur et la transition entre ces modes; - la Fig.3 illustre un exemple de contrôle des paramètres dits lents dans des modes de fonctionnement riche et pauvre du moteur; et - les Fig.4, 5, 6 et 7 illustrent la gestion des différents paramètres de contrôle du fonctionnement du moteur pendant une transition d'un fonctionne- ment de celui-ci en mélange riche vers un fonctionnement en mélange pauvre. On a en effet illustré sur la figure 1, un moteur par exemple Diesel de véhicule automobile qui est désigné par la référence générale 1 et dont la ligne d'échappement 2 est associée à des moyens de dépollution désignés par la référence générale 3. Ceux-ci comprennent par exemple un piège à NOx ou autres. De façon classique, un tel moteur est associé par exemple à des moyens d'alimentation en carburant comprenant par exemple des moyens à rampe commune d'alimentation en carburant, désignés schématiquement par la référence générale 4 sur cette figure, dont le fonctionnement est piloté par des moyens de contrôle d'injection désignés par la référence générale 5, comprenant tout calculateur moteur approprié. De plus, ce moteur est également associé à des moyens 6, constitués par exemple par tout calculateur approprié, de commande de la boucle d'air de celui-ci, désignée par la référence générale 7, de moyens de pilotage de la pres- sion de carburant dans la rampe commune d'alimentation 4 en carburant des cylindres de celui-ci, désignés par la référence générale 8 et de moyens de pilotage des injections de carburant dans ces cylindres, désignées par la référence générale 9. Ces moyens de commande 6 comprennent alors des moyens de bas-culement des paramètres de contrôle de ces différents moyens entre des para-mètres de contrôle du fonctionnement du moteur en mélange riche et en mélange pauvre, à la fin d'une régénération des moyens de dépollution. Comme cela a été indiqué précédemment et comme cela est illustré sur la figure 2, chaque mode de fonctionnement du moteur, c'est-à-dire le mode riche et le mode pauvre, est caractérisé par des cartographies et des modules de contrôle spécifiques qui décrivent les différents paramètres par exemple d'injection, tels que le phasage et la quantité de carburant injectée, la pression dans la rampe commune, etc.., et les paramètres de la boucle d'air tels que le débit d'air, la pression de suralimentation, la position de la vanne de recyclage EGR, la position du turbocompresseur, etc.., qui mènent à un contrôle des différents actionneurs du moteur. Lors d'une transition d'un fonctionnement en mode riche vers un fonctionnement en mode pauvre, on bascule donc de cartographies. Dans le système de contrôle de basculement selon l'invention et afin de gérer les transitions de mode, on peut diviser les paramètres de contrôle du fonctionnement du moteur en trois groupes, à savoir les paramètres lents, les paramètres rapides et les paramètres semi-rapides. Les paramètres lents sont par exemple les paramètres de la boucle d'air. Les grandeurs physiques comme par exemple le débit d'air d'admission dans le moteur, la pression de suralimentation ou encore le taux d'EGR, etc..., ne peuvent pas changer instantanément, c'est-à-dire que leur temps de réponse est nettement supérieur à un cycle moteur. Les actionneurs associés sont le turbocompresseur, le papillon des gaz, la vanne EGR et les clapets de swirl va- riable. Les paramètres rapides sont quant à eux constitués par les quantités et les phasages des injections. Ces paramètres peuvent être changés d'un cycle moteur à un autre. Leur temps de réponse est très faible. Les actionneurs associés sont par exemple les injecteurs de carburant. Les paramètres semi-rapides comprennent quant à eux par exemple, la pression d'alimentation en carburant dans la rampe commune d'alimentation des cylindres du moteur. Le temps de réponse de ces paramètres est situé entre celui des paramètres rapides et celui des paramètres lents. L'actionneur associé est par 25 exemple une pompe à haute pression d'alimentation en carburant. Comme cela a été indiqué précédemment, le système de contrôle selon l'invention propose une stratégie de basculement du moteur du mode de fonctionnement riche vers un mode de fonctionnement pauvre, qui permet des transitions rapides, transparentes et propres. A cet effet, dans le système selon l'invention, on propose d'utiliser par exemple des rampes prédéfinies pour basculer les paramètres lents et semirapides de leur valeur initiale de mode riche à leur valeur finale de mode pauvre, ou tout autre basculement progressif et d'utiliser un basculement direct ou instan- tané pour les paramètres rapides, mais différé vers la fin de ce basculement progressif des autres paramètres. On a illustré sur la figure 3, un contrôle des paramètres lents lors d'une transition entre un fonctionnement en mode riche et un fonctionnement en mode pauvre. En mode pauvre, les grandeurs physiques lentes du moteur telles que par exemple le débit d'air, la pression d'admission, etc.., et les actionneurs associés, comme par exemple le papillon, la vanne EGR, le turbocompresseur et les clapets de swirl variable, etc.., peuvent être contrôlés en boucle fermée (BF) ou en boucle ouverte (BO). A titre d'exemple, le débit d'air est contrôlé en boucle fermée par la vanne EGR, la pression d'admission du moteur est contrôlée en boucle fermée par le turbocompresseur et le papillon d'admission est opéré en boucle ouverte. Mais d'autres structures de contrôle peuvent être envisagées, comme par exemple un contrôle de la pression d'admission par le papillon. On notera également que la pression d'admission peut être mesurée à plusieurs endroits, par exemple en sortie du compresseur, en sortie d'un refroidisseur d'air, dans le répartiteur d'admission, etc. En mode riche, les grandeurs physiques lentes du moteur, comme par exemple le débit d'air ou la pression d'admission et leurs actionneurs associés, comme par exemple le papillon, la vanne EGR, le turbocompresseur et les clapets de swirl variable, peuvent également être contrôlés en boucle fermée ou en boucle ouverte. Ainsi par exemple, le débit d'air peut être contrôlé en boucle fermée par le papillon d'admission, tandis que la pression d'admission du moteur est contrôlée par la vanne EGR et que le turbocompresseur peut être opéré en boucle ouverte. Bien entendu, différents modes de réalisation peuvent être envisagés. On a illustré sur les figures 4 à 7, le basculement entre un fonctionnement en mode riche et un fonctionnement en mode pauvre du moteur. Ce basculement peut comporter deux phases de transition. Pendant la première phase de la transition, les consignes des grandeurs physiques lentes, telles que par exemple le débit d'air, la pression d'admission, etc.., sont basculées de façon progressive, c'est-à-dire par exemple 2883042 ï en suivant une rampe, de leurs valeurs cartographiées en mélange riche vers leurs valeurs cartographiées en mélange pauvre, pour le même point de fonctionnement du moteur, c'est-à-dire en régime et en charge, comme cela est illustré sur la figure 4. Cette rampe est caractérisée par un temps [rampel] = f(n,C) : fonction du régime et de la charge du moteur. Les actionneurs liés aux grandeurs physiques lentes (par exemple vanne EGR, turbo, clapets de swirl variable), à l'exception du papillon, passent d'un contrôle en boucle ouverte (BO) ou fermée (BF) sur la grandeur physique associée en mode riche à un contrôle en BO ou BF sur la grandeur associée en mode pauvre, comme cela est illustré sur la figure 5. Le papillon d'admission des gaz est piloté selon une rampe comme illustré par exemple sur la figure 6. Cette rampe est différente de la première et est caractérisée par un temps [rampe2] = f(n,C) : fonction du régime et de la charge du moteur. Un basculement progressif suivant par exemple une rampe, est carac-térisé par un temps de passage entre une valeur initiale et une valeur finale. On peut également noter que la consigne par exemple de pression d'admission peut suivre une autre trajectoire qu'une rampe, comme par exemple une consigne déterminée de façon dynamique, en prenant en compte le débit d'air réel. La deuxième phase de transition est activée dans les conditions suivantes. En effet, cette deuxième phase peut être activée si les paramètres lents arrivent en fin de rampe ou si la différence entre la valeur réelle et la consi- gne d'une grandeur physique lente telle que par exemple le débit d'air atteint un seuil prédéterminé. Ce seuil est par exernple cartographié et dépend entre autres du régime et de la charge du moteur. Cette deuxième phase de la transition se caractérise pour les paramètres lents par la continuation des rampes jusqu'à leurs fins, et pour les paramè- tres rapides par un basculement instantané comme cela est illustré sur la figure 7. A l'issue de cette deuxième phase, la transition ou le basculement, est considéré comme terminé pour les paramètres lents. Le seul paramètre considéré comme semi-rapide dans l'exemple décrit est la pression de carburant dans la rampe d'alimentation commune en carburant des cylindres du moteur. Cette pression de rampe est toujours régulée en boucle fermée sur une consigne et cette consigne est généralement cartographiée en fonction du régime et de la charge du moteur et des cartographies existent pour le mode pauvre et pour le mode riche. Pendant la première phase de la transition, la consigne de pression de carburant dans la rampe suit également un basculement progressif comme par exemple une rampe avec le même temps caractéristique rampel entre la va- leur riche et la valeur pauvre sur le même point de fonctionnement du moteur. Après cette première phase de transition, une deuxième phase de transition est mise en oeuvre sur la base des mêmes conditions et selon les mêmes modalités que pour les paramètres lents. Les paramètres rapides, comme par exemple le phasage et le débit des injections, sont cartographiés pour chaque mode. Lors de la première phase de transition, les valeurs des cartographies associées au mode riche sont toujours utilisées. Au moment du déclenchement de la transition, selon les conditions indiquées précédemment, les consignes des paramètres rapides sont changées instantanément de leur valeur riche vers leur valeur pauvre (Fig.7). Mais ce basculement est donc différé vers la fin du basculement progressif des autres paramètres. II va de soi bien entendu que d'autres modes de réalisation encore peuvent être envisagés. REVENDICATIONS 1. Système de contrôle du basculement du fonctionnement d'un moteur (1) de véhicule automobile entre des modes riche et pauvre, à la fin d'une régénération d'un piège à NOx (3) intégré dans une ligne d'échappement (2) du moteur (1) et dans lequel le moteur (1) est associé à des moyens de commande (6, 7) de la boucle d'air de celui-ci, à des moyens de commande (6, 8) de la pression de carburant dans une rampe (4) commune d'alimentation en carburant des cylindres de celui-ci, à des moyens de commande (6, 9) des injections (5) de carburant dans ces cylindres et à des moyens (6) de basculement des paramè- tres de contrôle de ces moyens entre des paramètres de contrôle du fonctionne-ment du moteur (1) en mélange riche et des paramètres de contrôle du fonctionnement du moteur en mélange pauvre, caractérisé en ce que les moyens de basculement (6) des paramètres comprennent des moyens de basculement progressif des paramètres de contrôle des moyens de commande de la boucle d'air (7) et de la pression de carburant (8) dans la rampe commune d'alimentation (4) et des moyens de basculement instantané des paramètres des moyens de commande (9) des injections (5), mais différé vers la fin du basculement progressif des paramètres des autres moyens de commande, entre leurs valeurs de mode riche et de mode pauvre. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en mode pauvre, le débit d'air en entrée du moteur (1) est contrôlé en boucle fermée par une vanne de recirculation des gaz d'échappement en entrée de celui-ci. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'en mode pauvre, la pression d'admission des gaz dans le moteur (1) est contrôlée en boucle fermée par un turbocompresseur associé à ce moteur. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'en mode pauvre, la pression d'admission des gaz dans le moteur (1) est contrôlée en boucle fermée par un papillon d'admission des gaz. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caracté- risé en ce qu'en mode pauvre, un papillon d'admission des gaz dans le moteur (1) est piloté à boucle ouverte. 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en mode riche, le débit d'air en entrée du moteur (1) est contrôlé en boucle fermée par un papillon d'admission des gaz. 7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en mode riche, la pression d'admission des gaz dans le moteur (1) est contrôlée par une vanne de recirculation des gaz d'échappement en entrée de celui-ci. 8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en mode riche, un turbocompresseur associé au moteur (1) est piloté en boucle ouverte. 9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les valeurs des paramètres de mode riche et de mode 10 pauvre, sont issues de cartographies prédéterminées. 10. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de basculement progressif sont des moyens de basculement selon au moins une partie de rampe (rampe). 11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que la rampe 15 est déterminée à partir d'une cartographie prédéterminée en fonction du régime et de la charge du moteur (1).