Brevet FR2910935A1 — publié le 20080704

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de régulation du niveau de remplissage en oxygène d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne selon lequel on mesure la composition des gaz d'échappement avec une première sonde de gaz d'échappement en amont de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement selon le sens de passage du flux et avec une seconde sonde de gaz d'échappement en aval de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement, on définit l'apport en oxygène à l'installation de nettoyage des gaz d'échappement et on l'additionne ou on l'intègre pour obtenir une quantité d'oxygène, et on module la composition des gaz d'échappement en amont de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement entre des valeurs limites prédéfinies. Etat de la technique La réglementation du fonctionnement des véhicules équipés de moteurs à combustion interne limite l'émission autorisée des composants suivants : monoxyde de carbone, hydrocarbures et oxydes d'azote. Pour respecter cette réglementation, la conduite des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne est équipée d'installations de nettoyage des gaz d'échappement comportant au moins un catalyseur à trois voies. Le catalyseur à trois voies présente une capacité de conversion suffisante pour les trois composants seule-ment dans une plage étroite autour du mélange stoechiométrique carburant/air (coefficient lambda = 1). C'est pourquoi il est prévu une sonde lambda en amont du catalyseur à trois voies dont le signal de sortie surveille la composition du mélange carburant/air et le cas échéant permet de le corriger. Il est également prévu une seconde sonde lambda en aval du catalyseur à trois voies ; cette dernière sert à détecter par exemple une dérive liée au vieillissement de la première sonde lambda pour tenir compte de cette déviation dans la commande du moteur. En outre la seconde sonde lambda peut servir à surveiller le niveau de remplissage en oxygène du catalyseur à trois voies. La seconde sonde lambda peut reconnaître dans les phases de mélange pauvre, les gaz d'échappement pauvres traversant le catalyseur et détecter ainsi que le catalyseur a atteint sa capacité d'accumulation d'oxygène. Dans ce cas on peut constater une composition des gaz d'échappement allant dans le sens d'un mélange riche. De même dans les phases de mélange riche, on peut détecter le passage de gaz d'échappement riche. Cela permet de savoir que l'oxygène précédemment accumulé n'est pas consommé. Dans un tel cas on peut régler la composition des gaz d'échappement dans le sens des mélanges pauvres. Le réglage de la composition des gaz d'échappement à partir du signal de sortie de la seconde sonde lambda est appelé régulation de conduite. La capacité d'accumulation de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement en oxygène est utilisée pour recevoir de l'oxygène dans les phases de mélange pauvre et restituer de nouveau l'oxygène dans les phases de mélange riche. Cela permet de convertir les composants nocifs réducteurs des gaz d'échappement. Du fait de perturbations dans le mélange en particulier dans les phases non stationnaires, on a fréquemment des déviations par rapport à la valeur de consigne du coefficient lambda au niveau de la première sonde lambda. Ces dérives sont éliminées par la régulation assurée par la commande du moteur mais elles modifient néanmoins le niveau de remplissage en oxygène du catalyseur. Il est avantageux pour la puissance de conversion du catalyseur que de telles déviations du niveau de remplissage en oxygène soient corrigées sans que la régulation qui s'appuie sur le signal de sortie de la seconde sonde lambda n'intervienne, car cette ré- gulation ne peut intervenir que si la concentration en oxygène en aval du catalyseur change et donc la déviation du niveau de remplissage d'oxygène est déjà très importante. Pour une telle déviation importante il y aura une émission de gaz d'échappement insuffisamment nettoyés. Les régulations connues du niveau de remplissage d'oxygène déterminent un apport d'oxygène dans le catalyseur et une extraction d'oxygène hors du catalyseur à partir du signal de sortie de la première sonde lambda et du débit massique de gaz d'échappement ; ces systèmes intègrent l'apport et l'extraction d'oxygène pour modéliser le niveau de remplissage d'oxygène. Ce niveau de remplissage d'oxygène, modélisé est utilisé dans le circuit de régulation pour réguler le niveau de remplissage en oxygène sur une valeur de consigne comme grandeur d'entrée. Le niveau de remplissage d'oxygène, modélisé ne correspond toutefois pas au niveau de remplissage réel d'oxygène car uniquement une partie de l'apport en oxygène au catalyseur dépendant des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne est ac- cumulée. Lors de la réalisation d'une régulation du niveau de rem-plissage d'oxygène, on peut envisager une intervention sur la régulation en s'appuyant sur le signal de sortie de la seconde sonde lambda. Cette régulation fonctionnant comme régulation pilote modifie la valeur de consigne du coefficient lambda pour le signal fourni par la première sonde lambda. Si cette régulation pilote intervient, la régulation du ni-veau de remplissage d'oxygène constate une déviation et régule en op-position à l'action de la régulation pilote. Comme solution on utilise pour la régulation pilote un régulateur multi-entrées/mono-sortie, complexe. Ainsi on ne peut utiliser une structure hiérarchisée claire formée d'une régulation pilote fondée sur le signal de sortie de la seconde sonde lambda et d'une boucle de régulation interne fondée sur le signal de sortie de la première sonde lambda. Selon le document DE-4 024 212 il est connu d'agrandir la plage de compositions du mélange carburant/air dans laquelle on atteint une bonne capacité de conversion de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement en appliquant à la composition du mélange carburant/air une variation dans le temps. Ainsi il est prévu de faire varier le coefficient lambda à une fréquence de 0,5 à 5 Hz autour du coefficient lambda = 1 avec une amplitude égale par exemple à 5 %. Cela peut se faire en appliquant la valeur de consigne du signal lambda à un signal étranger ou en commutant la valeur de consigne lorsqu'elle atteint la limite supérieure prévue par exemple lambda = 1,05 pour pas- ser à une valeur de consigne inférieure par exemple lambda = 0,95. Le document DE-4 024 212 prévoit de diminuer l'amplitude de la variation de régulation si l'on constate que la capacité de conversion de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement a diminué à cause du vieillissement. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une régulation du niveau de remplissage d'oxygène d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement présentant une structure de régulation simple et évitant que ne s'échappent des gaz d'échappement insuffisamment nettoyés. Exposé et avantages de l'invention A cet effet la présente invention concerne un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'on effectue la modulation de la composition des gaz d'échappement en amont de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement pour terminer un réglage en mode pauvre de la composition des gaz d'échappement si la quantité d'oxygène atteint une valeur limite supérieure prédéfinie, et pour terminer un réglage en mode riche si la quantité d'oxygène atteint une valeur limite inférieure prédéfinie. Ce procédé permet d'obtenir que dans la majorité des phases de fonctionnement du moteur à combustion interne on évite un passage de gaz riche ou pauvre à travers l'installation de nettoyage des gaz d'échappement et on ne laisse sortir pratiquement que des gaz d'échappement suffisamment nettoyés. Si les déviations se produisent par rapport à la composition souhaitée des gaz d'échappement, notamment comme cela se produit dans les phases non stationnaires, ces déviations sont constatées par la première sonde lambda et peuvent être prises en compte dans la détermination de l'apport ou de l'extraction d'oxygène à partir du signal de sortie de la première sonde lambda et d'un signal de masse d'air et être ainsi prise en compte pour la quantité d'oxygène. Selon l'état de la technique représenté par le document DE-4 024 212, la modulation lambda est exécutée de façon que lorsqu'on atteint un coefficient lambda supérieur ou inférieur, on commute. Cela n'évite pas que l'installation de nettoyage des gaz d'échappement soit complètement vidée ou complètement remplie d'oxygène et débite ainsi des gaz d'échappement riches ou pauvres. Selon le procédé de l'invention, lorsqu'on atteint une quantité d'oxygène prédéfinie, apportée ou extraite, on commute la composition des gaz d'échappement. Ce n'est que dans quelques phases de fonctionnement qu'il faut utiliser le signal de sortie de la seconde sonde lambda pour une régulation pilote. Si l'on définit l'extraction d'oxygène de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement et l'apport d'oxygène à l'installation de nettoyage des gaz d'échappement et si l'on fait la somme ou l'intégrale de l'apport d'oxygène à l'installation de nettoyage des gaz d'échappement et l'extraction d'oxygène de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement pour obtenir une quantité d'oxygène, on peut définir de manière plus précise le niveau de remplissage d'oxygène de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement et réduire l'émission de gaz d'échappement insuffisamment nettoyés. Un mode de réalisation de l'invention avec une structure de régulateur particulièrement simple prévoit de déterminer la quantité d'oxygène à partir de l'apport et de l'extraction d'oxygène en diminuant l'apport et l'extraction à partir du signal de sortie de la première sonde des gaz d'échappement pour réaliser une action de réglage fondée sur le signal de sortie de la seconde sonde de gaz d'échappement. Cette procédure permet une régulation pilote fondée sur le signal de sortie de la seconde sonde lambda et d'un circuit de régulation interne fondé sur le signal de sortie de la première sonde lambda. Ainsi il n'est pas nécessaire de réaliser une régulation pilote avec un régulation muftientrées/mono-sortie, complexe. Si l'on choisit la limite inférieure et la limite supérieure de la quantité d'oxygène pour que la différence de ces limites soit infé- rieure à la capacité d'accumulation d'oxygène de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement, cela permet d'éliminer par régulation les perturbations du niveau de remplissage seulement jusqu'à une certaine valeur. Cela tient compte de l'expérience montrant que le niveau de remplissage réel du catalyseur pour de fortes perturbations ne peut pas être modélisé de façon suffisamment précise par une seule intégrale. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, la valeur limite inférieure et la valeur limite supérieure de la quantité d'oxygène sont fixées en fonction du vieillissement de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement et/ou de paramètres de fonctionne- ment du moteur à combustion interne. Cela permet d'éviter le passage de gaz d'échappement insuffisamment nettoyé pour la majorité des conditions de fonctionnement, bien que la capacité d'accumulation d'oxygène dans l'installation de nettoyage des gaz d'échappement dé-pende de son vieillissement et des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne. Les caractéristiques de conversion de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement peuvent être prises en compte de façon optimale si l'on fixe le coefficient lambda des gaz d'échappement pour un réglage pauvre et/ ou pour un réglage riche en fonction du vieillissement de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement et/ou des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion in-terne. Si l'on termine le réglage pauvre lorsque le signal de sortie de la seconde sonde des gaz d'échappement indique des gaz d'échappement pauvres et si l'on termine le réglage riche si le signal de sortie de la seconde sonde des gaz d'échappement indique un gaz d'échappement riche, on évite que l'installation de nettoyage des gaz d'échappement soit toujours sollicitée par des gaz d'échappement lors-que l'accumulateur d'oxygène est soit complètement rempli soit com- plètement vidé, gaz d'échappement dont on éliminera les matières polluantes que de manière insuffisante. Cela permet de réduire les émissions polluantes. Un développement du procédé prévoit de réduire la valeur limite supérieure et la valeur limite inférieure de la quantité d'oxygène si pendant le réglage pauvre, le signal de sortie de la seconde sonde des gaz d'échappement affiche des gaz d'échappement pauvres et si pendant un réglage riche correspondant, le signal de sortie de la seconde sonde des gaz d'échappement indique des gaz d'échappement riches. Dans un tel cas on peut supposer que les quantités d'oxygène apportées et ex- traites sont trop importantes pour la capacité de stockage de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement. En réduisant les va-leurs limites, on peut diminuer la quantité de gaz d'échappement insuffisamment nettoyés. Un indicateur de vieillissement de l'installation de net- toyage des gaz d'échappement peut se déterminer en utilisant la diffé- rence entre la valeur limite supérieure et la valeur limite inférieure de la quantité d'oxygène comme mesure du vieillissement de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement. Si pour la modulation de la composition des gaz d'échappement on atteint une durée de période minimale et/ ou une amplitude minimale, on pourra utiliser le signal d'excitation de la modulation lambda pour des fonctions de diagnostic embarqué, et cela peut se présenter sous une forme de réalisation, indépendamment du vieillissement de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement. Cela permet de prédéfinir la durée de période minimale et/ou l'amplitude minimale de la modulation du coefficient lambda seulement pendant que l'on exécute un diagnostic embarqué. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans le dessin annexé dans lequel : - la figure unique est une vue schématique de l'environnement technique dans lequel s'inscrit le procédé de l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention La figure unique montre schématiquement l'environnement technique dans lequel s'inscrit le procédé selon l'invention pour commander la composition des gaz d'échappement pendant le fonctionnement d'une installation de nettoyage de gaz d'échappement 16. Un moteur à combustion interne 10 reçoit de l'air par une alimentation en air 11 ; la masse de l'air se détermine à l'aide d'un débitmètre massique 12. Le débitmètre massique d'air 12 peut être un débitmètre massique d'air à film chaud. Les gaz d'échappement émis par le moteur à combustion interne 10 sont évacués 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 il y a une installation de nettoyage de gaz d'échappement 16 dont la sortie évacue les gaz d'échappement par l'intermédiaire d'une conduite de gaz d'échappement 18. Une commande de moteur 19 assure la gestion du moteur à combustion interne 10 ; cette commande fournit d'une part du carburant pour le moteur à combustion interne 10 par une installation de dosage de carburant 13 et d'autre part elle reçoit les signaux du débitmètre massique d'air 12 ainsi que d'une première sonde de gaz d'échappement 14 installée dans le canal des gaz d'échappement 15 et les signaux d'une seconde sonde de gaz d'échappement 17 installée dans la conduite de gaz d'échappement 18. La première sonde de gaz d'échappement 14 fournit une valeur réelle du coefficient lambda du mélange carburant/ air alimentant le moteur à combustion interne 10 ; cette sonde peut être une sonde lambda à bande large. La seconde sonde de gaz d'échappement 17 détermine la composition des gaz d'échappement en aval de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 16. La seconde sonde de gaz d'échappement 17 peut être une sonde lambda à variation brusque. Le signal de sortie de la seconde sonde de gaz d'échappement 17 est utilisée pour compenser le décalage de la première sonde de gaz d'échappement 14 par adaptation à long terme et en outre les déviations du niveau de remplissage d'oxygène de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 16 par rapport à la valeur optimale, par des actions rapides sur la valeur de consigne de la sonde lambda pour la première sonde de gaz d'échappement 14. Il existe également des formes de réalisation qui présentent exclusivement une seconde sonde de gaz d'échappement 17 dans le sens de passage des gaz d'échappement en aval de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 16 et pour lesquelles il n'y a pas de première sonde de gaz d'échappement 14 en amont de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 16. Il est connu que les installations de nettoyage de gaz d'échappement présentent une capacité de conversion optimale dans la plage des gaz d'échappement faiblement riches, avec un coefficient lambda voisin de 0,995. La seconde sonde de gaz d'échappement 17 réalisée comme sonde à variation brusque fournit alors une tension de sortie de 600 à 650 mV. Si l'on est dans le cas d'une installation de nettoyage de gaz d'échappement 16, vieillie, la capacité de conversion optimale se situe plus dans la plage riche des gaz d'échappement et correspond ainsi à une tension de sortie plus élevée de la seconde sonde de gaz d'échappement 17. Il est en outre connu que l'on peut agrandir la plage de la puissance de conversion optimale de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 16 en modulant le coefficient lambda des gaz d'échappement avec une amplitude par exemple de 5 % sur une valeur moyenne du coefficient lambda = 1. io REVENDICATIONS 1 ) Procédé de régulation du niveau de remplissage en oxygène d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement (16) d'un moteur à combustion interne (10) selon lequel on mesure la composition des gaz d'échappement avec une première sonde de gaz d'échappement (14) en amont de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (16) selon le sens de passage du flux et avec une seconde sonde de gaz d'échappement (17) en aval de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (16), on définit l'apport en oxygène à l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (16) et on l'additionne ou on l'intègre pour obtenir une quantité d'oxygène, et on module la composition des gaz d'échappement en amont de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (16) entre des valeurs limites prédéfinies, caractérisé en ce que on effectue la modulation de la composition des gaz d'échappement en amont de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (16) pour terminer un réglage en mode pauvre de la composition des gaz d'échappement si la quantité d'oxygène atteint une valeur limite supérieure prédéfinie, et pour terminer un réglage en mode riche si la quantité d'oxygène atteint une valeur limite inférieure prédéfinie. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on définit une extraction d'oxygène de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (16) et on additionne ou on intègre l'apport d'oxygène à l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (16) et l'extraction d'oxygène de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (16) pour avoir une quantité d'oxygène. 3 ) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu' en déterminant la quantité d'oxygène à partir de l'apport ou de l'extraction de l'oxygène, on réduit l'apport ou l'extraction à partir dusignal de sortie de la première sonde de gaz d'échappement (14) par une action de réglage sur la base du signal de sortie de la seconde sonde de gaz d'échappement (17). 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on choisit la valeur limite inférieure et la valeur limite supérieure de la quantité d'oxygène pour que leur différence soit inférieure à une capa-cité d'accumulation d'oxygène dans l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (16). 5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on fixe la valeur limite inférieure et la valeur limite supérieure de la quantité d'oxygène en fonction du vieillissement de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (16) et/ou des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne (10). 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on fixe le coefficient lambda des gaz d'échappement pour le réglage pauvre et/ou pour le réglage riche selon le vieillissement de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (16) et/ou des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne (10). 7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on termine le réglage pauvre si le signal de sortie de la seconde sonde de gaz d'échappement (17) indique un gaz d'échappement pauvre et on termine le réglage riche si le signal de sortie de la seconde sonde de gaz d'échappement (17) indique un gaz d'échappement riche. 8 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on diminue la valeur limite supérieure et la valeur limite inférieure de la quantité d'oxygène si pendant le réglage pauvre, le signal de sortie de la seconde sonde de gaz d'échappement (17) indique un gaz d'échappement pauvre et si dans un réglage riche correspondant, le si- s gnal de sortie de la seconde sonde des gaz d'échappement (17) indique un gaz d'échappement riche. 9 ) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' 10 on utilise la différence entre la valeur limite supérieure et la valeur limite inférieure pour la quantité d'oxygène comme mesure du vieillisse-ment de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (16). 10 ) Procédé selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce qu' on prédéfinit une durée de période minimale et/ ou une amplitude minimale pour la modulation de la composition des gaz d'échappement. 20 25