Brevet FR2910931A1 — publié le 20080704

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de commande anticipé d'une régulation À pour le rapport carburant/ air servant au fonctionnement d'un moteur à combustion interne selon lequel le mo- teur à combustion interne est relié à un système d'alimentation en air et un système de gaz d'échappement, et une commande du moteur à combustion interne définit une régulation du coefficient À avec un calcul de dose injectée qui définit la dose injectée commandée préalablement, et un régulateur pour asservir la valeur réelle du coefficient À sur une valeur de consigne, ainsi qu'un système de régulation d'air qui règle la valeur réelle du débit massique d'air. Etat de la technique En relation avec la réglementation concernant l'émission des oxydes d'azote par les véhicules automobiles, il faut effectuer un traitement aval des gaz d'échappement. Pour recueillir les oxydes d'azote dégagés, on peut utiliser un catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote. Le catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote ne peut toutefois recevoir qu'une quantité limitée d'oxydes d'azote et au plus tard lors-qu'on atteint la capacité d'accumulation maximale il faut le régénérer. Un procédé de régénération consiste à fournir au moteur à combustion interne pendant une durée définie, un mélange carburant/air enrichi en carburant au-delà du rapport stoechiométrique de sorte que les gaz d'échappement riches ainsi générés traversent le catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote. Le monoxyde de carbone des gaz d'échappement riches ainsi que les hydrocarbures présents le cas échéant sont oxydés par les oxydes d'azote présents dans le catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote en dioxyde de carbone et en eau. L'oxyde d'azote dégagé est évacué avec les gaz d'échappement. Pour obtenir rapidement une valeur de consigne prédéfi- nie du coefficient À pour un mélange riche au passage du mode de fonctionnement avec mélange pauvre au mode de fonctionnement avec mélange riche, on se fonde sur la quantité d'air mesurée ou modélisée et à l'aide d'un rapport stoechiométrique (dose injectée = quantité d'air/ 14,5* coefficient À de consigne) on commande par anticipation une dose à injecter. En variante, on peut également adapter la quantité d'air à une dose d'injection prédéfinie. Par exemple à cause des tolérances ou du vieillissement du moteur à combustion interne, on rencontre des différences dans le coefficient de transfert entre la quantité d'air, la dose à injecter et le coefficient À, ce coefficient de transfert dépendant du système d'alimentation en air du moteur à combustion interne et de la conduite des gaz d'échappement ; cela peut se traduite par des divergences non souhaitables entre la valeur réelle du coefficient À et sa va-leur de consigne. Un composant particulièrement sensible aux tolérances et au vieillissement est le débit maître classique d'air utilisé pour déterminer la masse d'air comburant et se présentant sous la forme d'un débitmètre massique d'air à film chaud. En outre, le dosage du carburant peut également aboutir à des divergences. Les divergences évoquées ci-dessus entre la valeur réelle et la valeur de consigne du coefficient À se constatent selon l'état de la technique à l'aide d'une sonde À à bande large installée dans le canal des gaz d'échappement du moteur à combustion interne en amont du catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote. En fonction de cette information on peut adapter le mélange carburant/ air Cette adaptation se fait à l'aide d'un régulateur et avec sa grandeur de réglage on corrige les valeurs commandées par anticipation. Etant donné les déviations évoquées ci-dessus, selon l'état de la technique, pendant la régulation de la valeur de consigne du coefficient À, la grandeur de réglage n'est pas O. Il en résulte que pour l'asservissement de la grandeur de réglage et de la valeur réelle du coefficient À en fonction de leur valeur définitive, on aura des sur- oscillations ou des sous-oscillations et ces valeurs ne seront atteintes qu'avec retard. But de l'invention La présente invention a ainsi pour but de développer un procédé de commande anticipé de la régulation d'une valeur du coeffi- cient À permettant un réglage rapide et précis du coefficient À. Exposé et avantage de l'invention Ce problème est résolu selon l'invention par un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce que l'on corrige la dose d'injection précommandée et/ou une valeur de consigne du débit massique d'air avec une correction définie à partir d'un coefficient de transfert du sys- tème formé par le système d'alimentation en air, le moteur à combustion interne et le système de gaz d'échappement, entre une valeur de consigne de dose injectée, la valeur réelle de débit massique d'air et la valeur réelle du coefficient À. Cela permet ainsi d'atteindre plus rapidement et avec moins d'excursions vers le haut ou vers le bas la valeur réelle du coefficient À en cas de changement de sa valeur de consigne. Cette procédure peut s'appliquer avantageusement par exemple lors de la régénération d'un catalyseur accumulateur d'oxydes io d'azote ou d'un filtre à particules, car dans ce dernier cas on peut influencer de façon souhaitable la teneur en oxygène et la commande anticipée est également plus précise pendant la phase de régénération. Si on définit le coefficient de transfert en fonction du couple moteur et de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne, on peut également effectuer la correction dans des conditions de fonctionnement différentes du moteur à combustion interne en ce que la commande anticipée aboutit à une valeur réelle du coefficient À proche de sa valeur de consigne de sorte qu'il n'y a pas lieu de corriger de beaucoup la commande anticipée. 20 Si le coefficient de transfert est enregistré dans un champ de caractéristiques en fonction du couple moteur et de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne, on peut obtenir un coefficient de correction approprié pour la commande anticipée, pour les différentes conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne au 25 début d'une régénération. Un jeu particulièrement approprié du coefficient de transfert est obtenu si le coefficient de transfert est défini lors-qu'existent des conditions de fonctionnement stationnaires, pendant une régénération du catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote. 30 Si la correction de la dose injectée précommandée et/ou de la valeur de consigne du débit massique d'air est faite au début de la régénération, on peut utiliser le coefficient de correction défini au cours d'une régénération précédente, en utilisant un point de fonctionnement analogue et on peut utiliser à partir du début de la phase de régénéra- 35 tion une commande anticipée correcte à l'état stationnaire. Si on choisit la correction pour que le quotient de la cor-rection Q pour la valeur de consigne du débit massique d'air et/ou de la valeur de consigne du débit massique d'air corrigé et une correction R pour la dose d'injection précommandée corresponde à l'inverse du coef- ficient de transfert K (c'est-à-dire 1/K = Q/R) et une erreur de la commande préalable par rapport aux composantes présélectionnée en fonction de la valeur de consigne du débit massique d'air et qu'on corrige la dose injectée, précommandée, alors par le choix du rapport des corrections et du débit massique d'air fourni ainsi que de la dose d'injection, précommandée, on obtiendra par exemple que le couple moteur fourni par le moteur à combustion interne n'est pas influencé par la correction. Cela permet d'améliorer le confort de conduite. Ainsi à la régénération d'un catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote ou d'un filtre à particules on applique le procédé cela permet d'influencer de la manière souhaitée la teneur en oxygène des gaz d'échappement. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion in-terne équipé d'une installation de post-traitement des gaz d'échappement, - la figure 2 montre la structure d'une régulation À selon l'état de la technique, - la figure 3 montre la structure d'une régulation À pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - la figure 4 montre la courbe d'une valeur réelle du coefficient À en l'absence du procédé selon l'invention, et - la figure 5 montre la courbe de la valeur réelle du coefficient À lors-qu'on applique le procédé de l'invention. Description de modes de réalisations de l'invention La figure 1 montre schématiquement l'environnement technique dans lequel s'inscrit le procédé selon l'invention de cornmande anticipée d'une régulation À 20. Un moteur à combustion in- terne 10 reçoit de l'air par une alimentation en air 11 et la masse d'air fournie est définie par un débitmètre massique d'air 12. Le débitmètre massique d'air 12 peut être un débitmètre massique d'air à film chaud. Les gaz d'échappement du moteur à combustion interne 10 sont éva- Gués par un canal de gaz d'échappement 15 ; dans le sens de passage des gaz d'échappement, en aval du moteur à combustion interne 10, on a un catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote 16 dont la sortie évacue les gaz d'échappement par une conduite de gaz d'échappement 17. Pour la commande du moteur à combustion interne 10, il est prévu une régulation du coefficient À ou régulation À, 20, qui d'une part fournit le carburant au moteur à combustion interne 10 par un dosage de carburant 13 et qui d'autre part reçoit les signaux du débitmètre massique d'air 2 et d'une sonde À 14 installée dans le canal des gaz d'échappement 15. La sonde À 14 détermine une valeur réelle 36 du 15 coefficient À (voir figure 2). Le moyen de dosage de carburant 13 peut également être installé dans l'alimentation en air 11 du moteur à combustion interne 10. Si la régulation du coefficient À 20 est par exemple infor- 20 mée par une commande de moteur subordonnée qu'il est nécessaire de régénérer le catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote 16, celle-ci abaisse la valeur de consigne du coefficient À 32 (voir figure 2) pour passer d'une valeur À supérieure à 1 à une valeur inférieure à 1 pour que le monoxyde de carbone et les hydrocarbures ainsi fournis permet- 25 tent de régénérer le catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote 16. La figure 2 montre une structure de la régulation du coefficient À 20 selon l'état de la technique. La régulation du coefficient À 20 comporte un moyen de calcul de la dose à injecter 23 qui reçoit le débit massique d'air mesuré 30.2 et une valeur de consigne du coeffi- 30 cient À 32. Le moyen de calcul des doses à injecter 23 en déduit une dose à injecter précommandée 35.1. Dans le système de régulation d'air 22 à partir d'une valeur de consigne 30.1 du débit massique d'air et à partir du débit massique d'air mesuré 30.2, on règle une valeur réelle du débit massique d'air 30.3. Le débit massique d'air mesuré 30.2 se définit à l'aide d'un débitmètre massique d'air 12 recevant la valeur réelle du débit massique d'air 30.3. A partir d'une valeur réelle du coefficient À 36, un convertisseur de signal de sonde À 26 définit un signal À 33 qui est retran- ché dans un étage de soustraction 25 de la valeur de consigne du coefficient À 32. Cela permet de définir une déviation À 31. La déviation À 31 est appliquée à un régulateur 27 qui émet une grandeur de réglage 34 avec laquelle on corrige la dose d'injection précommandée 35.1 dans l'étage de calcul 28. Cette correction peut se faire sans multiplication ou addition. L'étage de calcul 28 donne une valeur de consigne de la dose d'injection 35.3 qui est fournie au moteur à combustion interne 10 avec la valeur réelle du débit massique d'air 30.3. La valeur réelle du coefficient À 36 s'établit dans un système de gaz d'échappement 40 relié au moteur à combustion interne 10. Du fait du vieillissement du moteur à combustion interne 10 et aussi à cause des tolérances pour la détermination du débit massique d'air, de la valeur réelle du coefficient À 36 et le coefficient À pré-commandé, c'est-à-dire le rapport entre la valeur de consigne 30.1 du débit massique et la quantité qui représente 14,5 fois la dose d'injection précommandée 35.1, ne se correspondent pas. Cette divergence À 31 conduit à une grandeur de réglage 34 qui corrige la dose d'injection pré- commandée 35.1 lors d'une opération de régénération du catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote 16 représentée à la figure 1. Comme le montre la figure 4, cela se traduit par un retard de réglage du rapport carburant/air souhaité et à une excursion du signal À 33 vers les va- leurs faibles non souhaitées. La figure 3 montre la régulation du coefficient À 20 avec les unités fonctionnelles nécessaires à la mise en oeuvre de l'invention. D'autres unités fonctionnelles selon l'état de la technique pour la régu- lation du coefficient À ont été supprimées dans un souci de clarté. La régulation À 20 comporte un étage de correction de la masse d'air 21 permettant de corriger la valeur de consigne du débit massique d'air 30.1 selon un rapport souhaité par la commande anticipée du débit massique d'air et de la dose injectée. Le signal de sortie de l'étage de correction de la masse d'air 21 est une valeur de consigne de débit massique d'air 30.4 qui est fourni avec le débit massique d'air mesuré 30.2 au système de régulation d'air 22 ; celui-ci règle la valeur réelle du débit massique d'air 30.3. Le débit massique d'air mesuré 30.2 se défi-nit à l'aide d'un débitmètre massique d'air 12 recevant la valeur réelle du débit massique d'air 30.3. Le débit massique d'air 30.2, mesuré est en outre fourni au calcul de dose d'injection 23 qui définit la dose d'injection précommandée 35.1 convertie de nouveau dans un étage de correction 24 en une valeur précommandée de la dose injectée 35.2. Pour corriger la divergence entre la valeur réelle À 36 et sa valeur de consigne 32, après conversion de la valeur réelle du coefficient À 36 dans le convertisseur de signal de sonde À 26 en signal À 33 on applique celui-ci à l'étage de soustraction 25. L'étage de soustraction 25 définit la divergence À 31. La divergence À 31 est appliquée au régulateur 27 qui définit la grandeur de réglage 34 appliquée à l'étage de calcul 28. En outre l'étage de calcul 28 reçoit la valeur précommandée 35.2 de la dose injectée. L'étage de calcul 28 peut être un étage travaillant par sommation ou par multiplication ; il définit la valeur de consigne 35.3 de la dose à injecter. La valeur de consigne de la dose à injecter 35.3 aboutit avec la valeur réelle 30.3 du débit massique d'air en fonctionnement du moteur à combustion interne à la valeur réelle du coefficient À 36. Cette relation est indiquée par un coefficient de transfert 29. Le coefficient de transfert 29 englobe la réaction du système de régulation d'air 22 du moteur à combustion interne 10 et du système de gaz d'échappement pour l'air et les carburants réunis aboutissant à la valeur réelle du coefficient À 36. En fonctionnement de la régulation À 20, à l'état régulé, des circuits de régulation d'air et du coefficient À pendant une phase de régénération du catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote 16, on enregistre le coefficient de transfert existant 29 dans un champ de caracté- ristiques selon un point de fonctionnement actuel caractérisé par le couple moteur et le vitesse de rotation du moteur (régime moteur). Le coefficient de transfert K est défini ici par le rapport entre la valeur réelle du coefficient À 36 et le rapport du débit massique d'air mesuré 30.2 est de 14,5 fois la valeur de consigne de la dose à injecter 35.3 ou le rapport entre la valeur de consigne de la dose à injecter 35.3 et la valeur précommandée de la dose à injecter 35.2. Lorsqu'on commence une nouvelle phase de régénération, on prend dans le champ de caractéristiques, le coefficient de transfert 29 valable pour le point de fonctionnement actuel et on l'utilise dans l'étage de correction 24 comme coefficient de correction multiplicateur. En outre dans l'étage de correction 21, on multiplie la valeur de consigne 30.1 du débit massique d'air avec un coefficient de correction Q. Le coefficient de correction Q indique la composante de correction par la correction de la valeur de consigne de débit massique d'air 30.1 et la composante résultante d'une correction du calcul 23 de la dose à injecter. Si l'on choisit comme coefficient de correction Q=1, alors la correction de la commande préalable ne se fait que par la dose à injecter. Si l'on choisit le coefficient de cor-rection Q par Q=1/K, alors la correction ne concerne que la valeur de consigne du débit massique d'air 30.1. Par cette procédure, le coefficient de transfert 29 du moteur à combustion interne 10 avec le système d'alimentation en air et la conduite de gaz d'échappement permet de prendre en compte les grandeurs d'entrée débits massiques d'air et dose injectée et la grandeur de sortie valeur réelle du coefficient À selon le point de fonctionnement ; la grandeur de réglage 34 est réduite lors du changement de valeur de consigne de coefficient À 32, et aussi on atteint plus rapidement la va-leur de consigne À 32 souhaitée. L'effet du procédé selon l'invention est représenté aux figures 4 et 5. La figure 4 montre la courbe de la valeur réelle du coeffi- cient À 6 sans l'application du procédé de l'invention. La valeur de consigne 32 du coefficient À et sa valeur réelle 36 sont représentées sur le grand axe 50 le long de l'axe des temps 52. Les valeurs numériques du grand axe s'appliquent à la fois aux valeurs À présentées et aussi aux valeurs de dose d'injection normées 35.4 tracées le long de l'axe des temps 52. La valeur normée 35.4 de la dose injectée est le rapport entre la valeur de consigne 35.3 de la dose injectée et la quantité préalable-ment injectée 35.1. Après une variation brusque 51 de la valeur de con-signe du coefficient À passant d'une valeur correspondant au mélange pauvre avec À supérieur à 1 à une valeur À 0,94, la valeur réelle du coefficient À 36 chute brièvement à une valeur de 0,90 puis revient dans une zone autour de la valeur cible 0,94. Dans le diagramme représenté à la figure 5 des valeurs de consigne du coefficient À 32 et de la valeur réelle 36 du coefficient À ainsi que la valeur normée des doses injectées 35.4, il apparaît qu'en appliquant le procédé selon l'invention après une variation brusque de la valeur de consigne du coefficient À 51 passant de la valeur du régime pauvre avec À > une valeur du coefficient À de 0,94, la valeur réelle 36 du coefficient À ne chute que brièvement à une valeur = 0,92 pour rester ensuite dans une plage autour de la valeur cible = 0,94. En outre il apparaît que la valeur de la dose d'injection normée 35.4 pendant la ré-génération ne diffère que légèrement de la valeur 1. Alors que la valeur de la dose à injecter normée 35.4 sans l'application du procédé de l'invention est représentée à la figure 4, pendant la phase de régénéra- 15 tion celle-ci est inférieure d'environ 7 % et varie ainsi comme représenté à la figure 5 autour de la valeur 1 ; la commande préalable est ainsi plus précise pendant la phase de régénération et le régulateur À ne nécessite pratiquement pas de correction anticipée. La procédure telle que décrite pour la commande anticipée de la régulation À peut par exemple 20 d'appliquer également pour la régénération d'un filtre à particules en influençant ainsi de manière appropriée la teneur en oxygène. 25 REVENDICATIONS 1 ) Procédé de commande anticipée d'une régulation À pour le rapport carburant/ air servant au fonctionnement d'un moteur à combustion interne (10), selon lequel le moteur à combustion interne (10) est relié à un système d'alimentation en air et à un système de gaz d'échappement (40), et une commande du moteur à combustion interne (10) définit une régulation du coefficient À (20) avec un calcul de dose injectée (23) qui définit la dose injectée commandée préalablement (35.1) et un régulateur (27) pour asservir la valeur réelle du coefficient À (36) sur une valeur de con-signe (32) de coefficient À ainsi qu'un système de régulation d'air (22) qui règle la valeur réelle du débit massique d'air (30.3), caractérisé en ce que l'on corrige la dose d'injection précommandée (35.1) et/ou une valeur de consigne du débit massique d'air (30.1) avec une correction définie à partir d'un coefficient de transfert (29) du système formé par le système d'alimentation en air, le moteur à combustion interne (10) et le système de gaz d'échappement (40), entre une valeur de consigne de dose injectée (35.3), la valeur réelle de débit massique d'air (30.3) et la valeur réelle du coefficient À (36). 2 ) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu' on détermine le coefficient de transfert (29) en fonction du couple mo- teur et la vitesse de rotation du moteur à combustion interne (10). 3 ) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le coefficient de transfert (29) est enregistré dans un champ de caracté- ristiques en fonction du couple moteur et de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne (10). 4 ) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce quele coefficient de transfert (29) est défini pendant la régénération du catalyseur accumulateur à oxydes d'azote (16) lorsqu'on se trouve dans des conditions de fonctionnement stationnaire. 5 ) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu' on effectue la correction de la dose d'injection précommandée (35.1) et/ ou la valeur de consigne du débit massique d'air (30.1) au début de la régénération. 6 ) Procédé selon la revendication (1) caractérisé en ce que le quotient d'une correction de la valeur de consigne du débit massique d'air (30.1) et d'une correction de la dose d'injection précommandée (35.1) correspond à l'inverse du coefficient de transfert (29), et une erreur de la commande anticipée pour des proportions présélectionnées se corrige par la valeur de consigne du débit massique d'air (30.1) et la dose injectée précommandée (35.1). 7 ) Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 6, à la ré-génération d'un catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote ou à la régénération d'un filtre à particule. 30