Brevet FR2895446A1 — publié le 20070629

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne comportant deux groupes de cylindres et une installation d'échappement en Y qui conduit les gaz d'échappement des deux groupes séparément à travers chaque fois un catalyseur amont et les réunit en amont d'un catalyseur accumulateur commun aux deux groupes, le catalyseur accumulateur étant régénéré de manière répétée dans une atmosphère réductrice de gaz d'échappement, générée par l'un des deux groupes. L'invention concerne également un appareil de com- mande pour l'exécution du procédé et un programme d'ordinateur. Un tel procédé ainsi qu'un tel appareil de commande et un programme d'ordinateur sont connus selon le document DE-101 31 587-Al. Les installations de gaz d'échappement en Y à deux catalyseurs amont et un volume de catalyseur accumulateur en aval, dans la partie commune de l'installation de gaz d'échappement servent à nettoyer les gaz d'échappement dans le cas de moteurs à combustion interne à plusieurs cylindres conçus pour un mode de fonctionnement en régime maigre. C'est ainsi que par exemple dans le cas des moteurs à essence à injection directe, en mode de fonctionnement maigre, on fonctionne avec des coefficients d'air lambda (X) > 2 c'est-à-dire avec une quantité d'air plus que double de celle nécessaire à la combustion stoechiométrique du carburant. Pour un tel mode de fonctionnement maigre, on a de fortes émissions d'oxydes d'azote brut. Les oxydes d'azote émis sont tout d'abord stockés dans un catalyseur accumulateur. Pour maintenir sa capacité d'accumulation, on régénère périodiquement le catalyseur accumulateur dans une atmosphère réductrice de gaz d'échappement. Alors que les phases d'accumulation ont une durée de l'ordre d'une minute, la régénération se fait en des temps beaucoup plus courts de l'ordre de quelques secondes. Les deux branches séparées des gaz d'échappement en amont du volume de catalyseur accumulateur, à proximité du moteur sont ces catalyseurs amont en général des catalyseurs à trois voies servant à convertir les hydrocarbures imbrûlés (HC) et le monoxyde de carbone (CO). Ces catalyseurs ont notamment une certaine capacité de stockage d'oxygène. Cette capacité de stockage d'oxygène retarde l'arrivée d'une atmosphère réductrice de gaz d'échappement en amont du catalyseur accumulateur car une atmosphère réductrice de gaz d'échappement générée par le moteur à combustion interne réagit tout d'abord avec l'oxygène accumulé dans les catalyseurs amont. Selon le document DE-101 31 587-Al on fournit l'atmosphère de gaz d'échappement réductrice en ne faisant fonctionner que l'un des deux groupes de cylindres avec un mélange riche. L'autre groupe continue explicitement de fonctionner avec un mélange pauvre. C'est pourquoi avant que ne se produise une atmosphère réductrice de gaz d'échappement dans le volume de catalyseur accumulateur, il faut ne consommer que l'oxygène stocké préalablement dans l'un des catalyseurs amont. Comme chaque consommation d'oxygène est liée lors d'une régénération à une surconsommation de carburant, on économise ainsi du carburant. La réglementation aux Etats-Unis et en Europe prévoit un diagnostic embarqué des composants caractéristiques du système de gaz d'échappement. Cela concerne notamment également le ou les catalyseurs amont et les sondes installées dans le système de gaz d'échappement. Le diagnostic de ces composants nécessite certaines valeurs pour la composition du mélange ou le coefficient d'air et/ou des modulations du coefficient X. Cela ne peut se faire ni en mode maigre (mode maigre en continu) ni en mode riche continu, bref, des régénérations. C'est pourquoi on interrompt le mode de fonctionnement maigre avantageux pour la consommation jusqu'à présent non seule-ment pour la régénération requise du catalyseur accumulateur mais en plus pour le diagnostic des capteurs de gaz d'échappement et des catalyseurs amont. Exposé et avantages de l'invention Contrairement à cela, dans un procédé du type défini ci-dessus, pendant une régénération du catalyseur accumulateur on vérifie le fonctionnement d'un composant de l'installation de gaz d'échappement en Y qui est associé à l'autre des deux groupes. La même remarque s'applique à l'appareil de commande selon l'invention et au programme d'ordinateur qui l'exécute. Avantages de l'invention Selon l'invention, on effectue différents diagnostics pendant une interruption de toute façon nécessaire pour la régénération du mode de fonctionnement maigre avantageux du point de vue de la con- sommation. Le mode de fonctionnement maigre avantageux du point de la consommation doit ainsi être interrompu non plus de façon supplémentaire ou au moins plus rare pour le diagnostic du composant à vérifier. Cela se traduit par des avantages de consommation. Selon l'invention on effectue différents diagnostics pendant une interruption du mode de fonctionnement maigre avantageux du point de vue de la consommation, et qui de toute façon se produit pour la régénération. Ce mode de fonctionnement maigre avantageux du point de vue de la consommation n'a pas à être interrompu ainsi en plus ou du moins plus rarement pour un diagnostic du composant à 15 contrôler. Cela se traduit par un avantage de consommation. Il est avantageux que l'autre des deux groupes fonctionne avec une composition de mélange en moyenne stoechiométrique dans le temps. La composition du mélange en moyenne stoechiométrique per-met par exemple le diagnostic du catalyseur amont d'une sonde de ré- 20 gulation X installée avant le catalyseur amont et d'un capteur de gaz d'échappement installé derrière le catalyseur amont. Cet autre capteur ou sonde de gaz d'échappement sert à diagnostiquer le catalyseur amont et à compléter la régulation du coefficient X. De façon préférentielle, on vérifie si les sondes des gaz 25 d'échappement parmi lesquelles une est installée derrière l'un des catalyseurs amont peuvent être échangées. L'expression échange con-cerne le traitement de leurs signaux dans l'appareil de commande. Il est en outre avantageux que l'aptitude au fonctionnement du catalyseur amont des autres des deux groupes soit vérifiée. Il est également avan- 30 tageux que l'autre des deux groupes fonctionne de préférence aussi longtemps avec un mélange riche jusqu'à ce que le signal de la sonde de gaz d'échappement installée derrière le catalyseur amont affiche un manque d'oxygène. En outre, on vérifie de préférence le fonctionnement d'une sonde de gaz d'échappement installée devant le catalyseur amont 35 de l'autre des deux groupes. ,. 4 Grâce à ces développements, tous les composants principaux de l'installation de gaz d'échappement en Y, classiques sont vérifiés, ces moyens étant associés à un certain groupe de cylindres alors que ceux de l'autre des deux groupes sont à une atmosphère réductrice pour régénérer le catalyseur accumulateur. D'une manière particulièrement préférentielle, l'atmosphère de gaz d'échappement, réductrice pour une régénération d'ordre n est fournie par l'un des deux groupes et pour une régénération d'ordre n+l est fournie par l'autre des deux groupes. Cette réalisation permet au cours de deux phases de régénération, de vérifier tous les composants tels que les sondes a, et les catalyseurs amont installés devant le volume de catalyseur accumulateur. En variante, il est avantageux que l'atmosphère de gaz réductrice pour la nième régénération soit fournie dans une première phase par l'un des deux groupes et dans une seconde phase par l'autre des deux groupes. Cette réalisation permet de vérifier tous les composants indiqués dès la phase de régénération si cette phase de régénération est globalement suffisamment longue. Dessins 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 montre schématiquement un moteur à combustion in-terne avec une installation de gaz d'échappement Y ; et - la figure 2 montre les chronogrammes de signaux de sondes de gaz d'échappement produits dans l'exemple de réalisation d'un procédé selon l'invention. Description des modes de réalisation De façon détaillée, la figure 1 montre un moteur à corn- bustion 10 muni d'un premier groupe 12 de cylindres 14, 16 et d'un second groupe 18 de cylindres 20, 22. Un système d'admission 24 alimente en air le moteur à combustion interne 10. Une installation de dosage de carburant 26 assure le dosage du carburant. L'installation de dosage de carburant 26 comporte un ou plusieurs injecteurs 26-14, 26- 16, 26-20, 26-22 qui dosent le carburant dans le système d'admission .5 24 ou directement dans les chambres de combustions des cylindres 14, 16, 20, 22. Le moteur à combustion interne 10 comporte également une installation de gaz d'échappement en Y 27 qui conduit les gaz d'échappement d'un premier groupe 12 de cylindres 14, 16 et d'un second groupe 18 de cylindres 20, 22 à travers chaque fois un catalyseur amont 28, 30, et réunit les veines de gaz d'échappement séparées en amont d'un catalyseur accumulateur 32 commun aux deux groupes 12, 18. Le moteur à combustion interne 10 est commandé par un appareil de commande 34 fournissant des grandeurs de réglage. En liaison avec la présente invention, sont importantes les grandeurs de réglage réglant le coefficient d'air X des charges des chambres de combustion du moteur à combustion interne 10. Les signaux de commande de l'installation de dosage de carburant 26 font partie de ces grandeurs de réglage au même titre que les signaux de commande de l'alimentation en air frais du moteur à combustion interne 10. La figure 1 montre dans ce contexte un volet d'étranglement 36 dont l'angle d'ouverture est réglé par l'appareil de commande 34 par l'intermédiaire d'un actionneur combiné de volets d'étranglement et capteurs d'angle 36. D'autres possibilités pour influencer l'alimentation en air frais consistent en une commande variable des soupapes avec étranglement par le réglage de la levée des soupapes d'admission et/ou en influençant un recyclage interne ou externe des gaz d'échappement du moteur à combustion interne 10. Pour former les signaux de commande, l'appareil de commande 34 traite en général les signaux de nombreux capteurs. A titre d'exemple de cette multiplicité, la figure 1 montre à côté du capteur d'angle 36 du débitmètre massique d'air 38, un capteur de vitesse de rotation 40 et différents capteurs ou sondes de gaz d'échappement 42, 44, 46, 48, 50. La connaissance du débit massique d'air mL et de la vitesse de rotation n permet à l'appareil de commande 34 de calculer des valeurs de base des signaux de commande de l'installation de dosage de carburant 26. Ces valeurs de base sont corrigées dans l'appareil de commande 34 par une action de régulation utilisant des signaux d'au moins l'un des capteurs ou des sondes de gaz d'échappement 42, 44, ..., 50. En général les sondes de gaz d'échappement amont 42, 46 encore appelées sondes à bandes larges servent à la saisie du coefficient d'air 1 dans une bande large de valeurs possibles 0,7 1. C'est pourquoi toutes les sondes de gaz d'échappement indiquent 20 des coefficients d'air supérieurs à 1. A l'instant t 1, on charge le catalyseur accumulateur 32 avec de l'oxygène de façon à déclencher une ré-génération. L'atmosphère de gaz d'échappement, riche nécessaire à la régénération en amont du catalyseur accumulateur 32 est fournie principalement par le premier groupe 12 de cylindres 14, 16 qui à cet effet 25 fonctionne à partir de l'instant t1 avec un mélange riche. Son coefficient d'air X est ainsi réglé de manière caractéristique à des valeurs comprises entre 0,9 et 0,95. L'atmosphère de gaz d'échappement, riche s'établit ainsi tout d'abord en amont du catalyseur amont 28. L'atmosphère de gaz d'échappement riche réagit tout d'abord avec l'oxygène accumulé 30 dans le catalyseur accumulateur amont 28. Le signal S-44 réagit ainsi d'abord à l'instant t1 à la variation de coefficient d'air X. La quantité d'oxygène consommée est alors une mesure de la capacité d'accumulation d'oxygène du catalyseur amont 28 et se calcule à partir de la masse des gaz d'échappement pondérée par le coefficient S-42, 35 arrivée entre les instants t1 et t2 dans le catalyseur amont 28. Ce calcul est effectué par l'appareil de commande 34 qui dispose de toutes les informations nécessaires telles que le débit massique d'air mL et la quantité de carburant dosé ainsi que des signaux des sondes de gaz d'échappement S-42, S-44, S-46, S-48. La capacité d'accumuler l'oxygène est proportionnelle à la capacité de conversion du catalyseur amont. L'appareil de commande 34 juge ainsi la capacité de conversion du catalyseur amont 28 dans une réalisation par comparai-son de la capacité calculée d'accumulation d'oxygène à un certain seuil. Le groupe 12 continue ensuite de fonctionner avec des coefficients d'air inférieurs à 1 pour générer une atmosphère de gaz d'échappement riche dans le catalyseur accumulateur 32. Ainsi de façon analogue, pendant qu'une régénération du catalyseur accumulateur 32 a été déclenchée à l'instant t 1 par une modification du coefficient d'air du premier groupe de cylindres 14, 16, on vérifie le bon fonctionnement ou aptitude au fonctionnement d'un composant dans l'installation de gaz d'échappement en Y 27 correspondant à l'autre groupe 18 parmi les deux groupes 12, 18. Selon une réalisation, on fait ainsi fonctionner également les cylindres 20, 22 du second groupe pendant la régénération du catalyseur accumulateur 32 avec des coefficients d'air inférieurs à 1. Dans la réalisation selon la figure 2, cela se fait à partir de l'instant t 1 comme le montre l'évolution de la va-leur moyenne M (S-46) du signal S-46. Le coefficient d'air du second groupe 18 peut être différent du coefficient d'air du premier groupe 12. Il est toutefois avantageux qu'à l'instant tl le second groupe 18 fonctionne également avec un coefficient d'air inférieur à 1 pour accélérer le développement d'une atmosphère de gaz d'échappement riche en amont du catalyseur accumulateur 32. A l'instant t3, la sonde de gaz d'échappement 48 (signal S-48 ou valeur moyenne M (S-48)) derrière le catalyseur amont 30 donne un coefficient d'air X inférieur à 1 et indique ainsi une consommation d'oxygène accumulé. L'appareil de commande 34 calcule alors de façon analogue au procédé décrit pour le catalyseur amont 28, la capacité d'accumulation d'oxygène du catalyseur amont 30 et compare cette capacité à une valeur de seuil prédéfinie. Selon un développement constituant une variante ou utilisé de manière complémentaire, pour un niveau de remplissage défini en oxygène du catalyseur amont 30 on contrôle la sonde amont des gaz d'échappement 46. Un premier défaut possible d'une sonde à bandes larges constituant la sonde de gaz d'échappement 46 réside dans un décalage trop important. Cela correspond à une courbe caractéristique de signal décalée au-delà des valeurs effectives selon un certain dé-calage. Dans la réalisation de la figure 2, le catalyseur amont 30 est complètement vidé de l'oxygène à l'instant t3. Lorsque s'établit un coefficient d'air égal à 1 ou inférieur à 1 il faut que les deux sondes de gaz d'échappement 46, 48 affichent le même coefficient d'air. En général on peut supposer que le signal de la sonde aval 48 des gaz d'échappement est fiable au moins à proximité du coefficient X = 1. Des déviations entre les signaux des deux sondes de gaz d'échappement 46, 48 sont ainsi 15 exploitées par l'appareil de commande 34 comme décalage du signal de la sonde amont 46 et sont comparées à un seuil de diagnostic. Le dé-passement du seuil indique que la sonde amont 46 des gaz d'échappement est défectueuse. En variante ou en complément du contrôle de décalage, 20 selon un autre développement, on vérifie les qualités dynamiques de la sonde amont 46 des gaz d'échappement. Pour cela, on combine au coefficient d'air du mélange air/carburant brûlé dans les cylindres 20, 22 du second groupe 18, une perturbation et on observe si et comment la perturbation se traduit dans le signal de la sonde de gaz d'échappement 25 46 et/ ou dans la grandeur de réglage de la régulation du coefficient traitant le signal de la sonde de gaz d'échappement 46. Pour cela on fait de préférence fonctionner le second groupe 18 avec une composition de mélange stoechiométrique en moyenne dans le temps c'est-à-dire avec un coefficient d'air X = 1. Dans cette réalisation de la figure 2, on a une 30 modulation rectangulaire du coefficient d'air X autour de la valeur 1 à partir de l'instant t4 dans le signal S-46 ce qui pour une fixation correspondante de la fréquence de modulation de l'appareil de commande 34 est un indice pour une sonde de gaz d'échappement 46 réagissant suffisamment rapidement. Du fait de l'effet de filtre passe-bas du cata- lyseur amont 30, la modulation n'est pas perceptible dans le signal fourni par la sonde aval 48 des gaz d'échappement. En outre, en variante ou en complément, on vérifie si les sondes de gaz d'échappement 44, 46 ont été échangées quant au traiterrent de leurs signaux dans l'appareil de commande 34. Si le branchement est correct, le signal S-42 doit afficher des coefficients d'air inférieurs à l'unité pour des durées supérieures à t2 alors que le signal S-48 doit afficher les coefficients d'air voisins de 1. Pour effectuer les diagnostics décrits pour le second groupe 18 également pour le premier groupe 12, on échange le rôle des deux groupes 12, 18 selon un autre développement avec régénération consécutive du catalyseur accumulateur 32. En d'autres termes : pour la régénération d'ordre n, de l'un des deux groupes 12, 18 et pour la régénération d'ordre n + 1 de l'autre des deux groupes 12, 18 on four- nit une atmosphère de gaz d'échappement réductrice au catalyseur accumulateur 32. Si la régénération dure suffisamment longtemps, l'atmosphère de gaz d'échappement, réductrice est fournie selon un autre développement, pour régénération d'ordre n dans la première phase par l'un des deux groupes 12, 18 et dans une seconde phase par l'autre des deux groupes 12, 18.25 REVENDICATIONS 1 ) Procédé de gestion d'un moteur à combustion interne (10) comportant deux groupes (12, 18) de cylindres (14, 16, 20, 22) et une installation d'échappement en Y (27) qui conduit les gaz d'échappement des deux groupes (12, 18) séparément à travers chaque fois un catalyseur amont (28, 30) et les réunit en amont d'un catalyseur accumulateur (32) commun aux deux groupes, le catalyseur accumulateur (32) étant régénéré de manière répétée dans une atmosphère réductrice de gaz d'échappement, générée par l'un des deux groupes (12, 18), caractérisé en ce que pendant une régénération du catalyseur accumulateur (32), on vérifie le fonctionnement d'un composant de l'installation de gaz d'échappement en Y (27) associé à l'autre des deux groupes (12, 18). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'autre des deux groupes (12, 18) fonctionne avec une composition de mélange stoechiométrique en moyenne dans le temps. 3 ) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu' on vérifie si les capteurs de gaz d'échappement (44, 48) dont chaque fois un capteur est installé en aval d'un catalyseur amont (28, 30) peuvent être échangés l'un avec l'autre. 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on vérifie le fonctionnement du catalyseur amont (28, 30) de l'autre des deux groupes (12, 18). 5 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' on fait fonctionner provisoirement l'autre des deux groupes (12, 18 avec un mélange riche jusqu'à ce qu'un signal (S-48) du capteur de gazd'échappement (48) installé derrière le catalyseur amont correspondant (30) affiche un manque d'oxygène. 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on vérifie le fonctionnement d'un capteur de gaz d'échappement (46) installé devant le catalyseur amont (30) de l'autre des deux groupes (12, 18). 7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'atmosphère de gaz d'échappement réductrice est fournie pour la régénération d'ordre (n) par l'un des deux groupes (12, 18) et pour la régénération d'ordre (n + 1) par l'autre des deux groupes (12, 18). 8 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'atmosphère de gaz d'échappement réductrice est fournie pour la régénération d'ordre (n) dans une première phase par l'un des deux groupes (12, 18) et dans une seconde phase par l'autre des deux groupes (12, 18). 9 ) Appareil de commande (34) pour gérer un moteur à combustion in-terne (10) comprenant deux groupes (12, 18) de cylindres (14, 16, 20, 22) et une installation de gaz d'échappement en Y (27) qui conduit les gaz d'échappement des deux groupes (12, 18) séparément à travers chaque fois un catalyseur amont (28, 30) et réunit les gaz d'échappement en amont d'un catalyseur accumulateur (32) commun aux deux groupes (12, 18), le catalyseur accumulateur (32) étant régé- néré de manière répétée dans une atmosphère de gaz d'échappement réductrice générée par l'un des deux groupes (12, 18), caractérisé en ce que pendant une régénération du catalyseur accumulateur (32) l'appareil de commande (34) vérifie le fonctionnement d'un composant de l'installation de gaz d'échappement en Y (27) et fait fonctionner l'autredes deux groupes (12, 18) avec une composition de mélange en moyenne stoechiométrique.5