Brevet FR3026780A1 — publié le 20160408

MOTEUR A COMBUSTION DE VEHICULE AUTOMOBILE A PILOTAGE DE RICHESSE AMELIORE [0001] L'invention concerne le contrôle moteur notamment pour les moteurs à essence, et plus particulièrement la régulation de richesse du mélange air/carburant par sonde proportionnelle. [0002] La sonde proportionnelle est utilisée pour mesurer la richesse en amont du catalyseur et la réguler autour d'une consigne fixée par le contrôle moteur. La plupart du temps, cette consigne au niveau de la sonde est obtenue par l'utilisation d'un modèle représentant le comportement du système et de la sonde lorsque la consigne de richesse au niveau du cylindre est modifiée. Parfois, le régulateur de richesse lui-même utilise également un modèle du système et de la sonde. [0003] Plusieurs solutions existent actuellement pour réguler une richesse par sonde proportionnelle. On connait notamment les régulateurs conventionnels, par exemple de type PID pour proportionnel, intégral et dérivé. On connait également des stratégies de régulation avancées, de conception robuste et à régulation à modèle interne. [0004] Ces différentes régulations, plus ou moins avancées, ont toutes pour but d'assurer le meilleur suivi possible de la consigne de richesse, notamment dans des conditions dynamiques aussi bien qu'en régime stabilisé. La problématique principale du système à réguler dans le cas présent est qu'il présente typiquement un temps mort et un temps de réponse variables en fonction des conditions de fonctionnement. Pour compenser ces temps de retard et temps de réponse, un modèle interne est le plus souvent utilisé pour représenter le temps de transfert des gaz du moteur à la sonde ainsi que le temps de retard de la sonde ou temps de réponse de la sonde. Un tel modèle est utilisé pour convertir la consigne de richesse à l'injecteur en consigne de richesse à la sonde. Par ailleurs, le régulateur de richesse peut également inclure un modèle du système tel que par exemple un modèle direct, un modèle inverse, ou encore un prédicteur de Smith. [0005] Les modèles utilisés pour construire la consigne de richesse à la sonde ou dans les régulateurs de richesse sont en général assez simples. Le modèle peut ainsi être constitué par un retard pur suivi d'un filtre d'ordre 1. Cette simplicité conduit souvent à surévaluer ou sous-évaluer l'erreur entre la consigne de richesse à la sonde et la mesure de richesse à la sonde. Cela peut mener à une correction inadéquate du régulateur, ou à devoir brider la dynamique de régulation de celui-ci pour éviter les oscillations de richesse. Ainsi, les modèles existant ne suffisent pas à reconstruire une consigne de richesse à la sonde qui soit représentative en cas de changement de consigne de richesse dans le cylindre. Le modèle peut s'avérer peu précis et s'écarter du comportement réel de la sonde. En d'autres termes, l'écart entre le modèle et la mesure de la sonde est interprété comme une erreur par le régulateur, qui agit à son tour pour la compenser. Cette action inutile génère des oscillations de richesse inutiles se traduisant par un surcoût en termes d'émissions du moteur. Pour éviter ces oscillations, la dynamique de régulation pourrait être réduite, mais cela impliquerait un rejet de perturbations par le régulateur lequel deviendrait moins efficace. Là encore, cela génèrerait des émissions supplémentaires. [0006] Le but de l'invention est de proposer un moteur dans lequel la régulation de richesse par utilisation d'une sonde sur la ligne d'échappement soit efficace et peu génératrice d'émissions polluantes. [0007] Ce but est atteint selon l'invention grâce à un moteur à combustion de véhicule automobile comprenant au moins un cylindre de combustion, une ligne d'échappement, une sonde de richesse disposée sur la ligne d'échappement, un module de détermination de consigne de richesse à la sonde en fonction d'une consigne de richesse dans ledit au moins un cylindre de combustion, le module de détermination étant configuré pour déterminer la consigne de richesse à la sonde en utilisant une première règle de calcul, et un module de régulation lequel est configuré pour déterminer une correction de richesse à appliquer dans ledit au moins un cylindre selon une première règle de calcul en fonction d'une valeur représentative d'un écart entre une richesse mesurée par la sonde et la consigne de richesse à la sonde, caractérisé en ce que le module de détermination de consigne de richesse à la sonde et/ou le module de régulation est configuré pour utiliser respectivement une deuxième règle de calcul de la consigne de richesse à la sonde et/ou une deuxième règle de calcul de la correction à appliquer laquelle deuxième règle de calcul est différente de la première règle de calcul respectivement de la consigne de richesse et/ou de la correction à appliquer, et le moteur comporte un module de sélection recevant au moins une valeur (d) d'un paramètre de fonctionnement du moteur, le module de sélection étant configuré pour sélectionner une règle de calcul utilisée par le module de détermination de la consigne de richesse à la sonde et/ou par le module de régulation parmi la première règle et la deuxième règle de calcul respectivement de la consigne de richesse et/ou de la correction à appliquer en fonction de ladite au moins une valeur d'un paramètre de fonctionnement du moteur. [0008] Avantageusement, le paramètre de fonctionnement du moteur fait partie du groupe comprenant une valeur indicative de régime du moteur, une valeur indicative de couple produit par le moteur, une valeur indicative de débit de gaz d'échappement et une valeur indicative de température. [0009] Avantageusement, le paramètre de fonctionnement du moteur est une valeur indicative de la température de la sonde. [0010] Avantageusement, le paramètre de fonctionnement du moteur est un paramètre indicatif du fait que le moteur est en régime de ralenti ou non. [0011] Avantageusement, le paramètre de fonctionnement du moteur est une mesure de débit de gaz d'échappement. [0012] Avantageusement, le module de détermination de consigne de richesse à la sonde est configuré pour utiliser une deuxième règle de calcul de la consigne de richesse à la sonde et la deuxième règle de calcul de la consigne de richesse à la sonde est un filtre linéaire de la consigne de richesse au cylindre. [0013] Avantageusement, le module de détermination de consigne de richesse à la sonde est configuré pour utiliser une deuxième règle de calcul de la consigne de richesse à la sonde et la deuxième règle de calcul de la consigne de richesse à la sonde est un filtre d'ordre 2 de la consigne de richesse au cylindre. [0014] Avantageusement, le module de régulation est configuré pour utiliser une deuxième règle de calcul de la correction à appliquer et la deuxième règle de calcul est un prédicteur de Smith. [0015] Avantageusement, le module de détermination de la consigne de richesse à la sonde et le module de sélection sont constitués par un même organe prévu pour être monté de manière monobloc dans le véhicule. [0016] Avantageusement, le module de détermination de la consigne de richesse à la sonde et le module de régulation sont constitués par un même organe prévu pour être monté de manière monobloc dans le véhicule. [0017] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence à la figure unique annexée, laquelle représente un moteur selon un mode de réalisation de l'invention. [0018] Le moteur représenté sur la figure comporte un bloc moteur 1, un module de calcul d'injection et de compensations 2, un module de calcul d'avances 3 et un module de calcul de remplissage 4 réalisant tous deux leur calcul à partir d'une demande de couple et de réserve r. Le moteur comporte en outre ici un module d'estimation de température d'échappement 5 et un module de détermination de consigne de richesse au cylindre 6. [0019] Le moteur comporte également un catalyseur de dépollution des gaz d'échappement 7 et une sonde de richesse de type proportionnelle 8 disposée sur la ligne d'échappement, avantageusement en amont du catalyseur 7 et ici plus spécifiquement en entrée du catalyseur 7. Le module de détermination de la consigne de richesse au cylindre 6 permet de fournir à un régulateur 9 de richesse en amont du catalyseur une valeur de consigne de richesse en amont du catalyseur. Pour cela, le module 6 de détermination de la consigne de richesse au cylindre fournit la consigne de richesse cylindre à un module 10 de mise en oeuvre de modèles de richesse sonde 10, lequel fournit à son tour une telle valeur de richesse en entrée du catalyseur après application de l'un de ces modèles. [0020] Le modèle utilisé pour la détermination de la valeur de richesse à obtenir en entrée du catalyseur est sélectionné en fonction du résultat d'un analyse de situation de vie réalisée par un module d'analyse 11 à partir de données de capteurs d. [0021] Ainsi, entre la consigne de richesse cylindre et la régulation de richesse à la sonde 8, on met en oeuvre un modèle convertissant la consigne cylindre en consigne sonde et, dans le présent exemple, également un modèle interne au régulateur. Ces deux modèles sont sélectionnés au cours de la durée de vie du moteur en fonction de la situation de vie de ce dernier. [0022] Un exemple de sélection du modèle de sonde consiste en l'utilisation d'un filtre d'ordre un comme modèle de base du temps de réponse de la sonde et le passage à un modèle linéaire ou un filtre d'ordre deux dans le cas d'un fonctionnement du moteur au ralenti. On procède avantageusement alors à un changement du modèle interne au régulateur 9 pour un prédicteur de Smith pour être conforme au modèle de sonde linéaire ou d'ordre deux. [0023] Selon un autre exemple, on utilise un filtre d'ordre un comme modèle de base du temps de réponse de la sonde et on passe à un filtre d'ordre deux dans le cas d'une sonde n'étant pas encore à température de fonctionnement optimale, la dynamique du signal de sonde étant plus faible lorsque la sonde est à température inférieure à sa température de fonctionnement nominale. On change alors avantageusement le modèle interne au régulateur 9 pour un prédicteur de Smith dans le cas du filtre d'ordre deux pour être conforme à ce modèle de sonde. [0024] Un exemple de sélection du régulateur 9 seul selon les situations de fonctionnement, sans changement de modèle de sonde, consiste en une compensation du retard de sonde à faible débit de gaz d'échappement, compensant le retard plus important, en utilisant un régulateur avec prédicteur de Smith, et en utilisant un régulateur à fonction de transfert H infinie à plus fort débit. [0025] Le contenu de la fonction d'analyse de situation de vie mise en oeuvre par le module 11 peut être variable selon le nombre de situations de vie qui ont été identifiées et les modèles systèmes qui y sont associés. Par exemple, si un premier modèle est adopté au ralenti et un deuxième modèle est adopté pour toutes les autres conditions de fonctionnement, la fonction de détection des situations de vie se limite simplement à repérer le moment où le régime et la charge moteur correspondent au ralenti. [0026] Pour chaque situation de vie identifiée, on sélectionne un modèle système adéquat et/ou un régulateur adéquat. Lors du changement de situation de vie, on assure l'initialisation appropriée du modèle système et du régulateur. La continuité de l'information en entrée et en sortie des modèles système et des régulateurs est donc assurée à l'initialisation de chacun d'entre eux. En cas de changement de modèle et régulateur, les valeurs d'entrée et de sortie des modèles utilisés au pas de calcul précédent doivent leur être fournies pour leur initialisation. Le nombre de modèles disponibles correspond aux nombre de situations de vies pour lesquelles un comportement particulier du système est observé et n'est à priori limité que par la capacité du calculateur moteur à héberger tous ces modèles ou régulateurs. Pour éviter toute surcharge en termes de capacité de traitement du calculateur, il est préférable de désactiver les modèles et régulateurs non-utilisés. [0027] Ainsi on fournit ici un modèle système permettant de reconstruire une consigne de richesse à la sonde pour chaque condition de fonctionnement moteur. Une fonction d'analyse des conditions de fonctionnement moteur est en charge de sélectionner le modèle le plus approprié en fonction des situations de vie parmi un ensemble de modèles différents. Lorsque la situation de vie change, le bon modèle est sélectionné, initialisé, et ses résultats peuvent alors être utilisés pour construire l'image la plus précise possible de ce que devrait être la consigne de richesse à la sonde. Cette consigne au niveau de la sonde peut alors être utilisée en entrée du régulateur pour calculer l'erreur de suivi de richesse et la corriger. [0028] Le même principe est avantageusement utilisé pour le régulateur. Si celui-ci utilise un modèle interne, modèle inverse, un prédicteur de Smith ou toute autre stratégie s'appuyant sur un modèle du système à contrôler, on préfère utiliser un modèle interne au régulateur correspondant à celui utilisé pour la consigne de richesse au niveau de la sonde. Si le régulateur est dépourvu de modèle interne, on choisit avantageusement le mode de régulation le plus approprié en fonction de la situation de vie. En variante on adopte un seul régulateur dans l'ensemble des choix possibles. [0029] Selon un mode de réalisation de l'invention, on encapsule l'une ou l'autre des fonctionnalités mentionnées ci-dessus dans une fonction plus générale. Par exemple on embarque le modèle pour la construction de la richesse à la sonde dans le régulateur au niveau de la construction de l'erreur à corriger. Ceci peut être fait même si le régulateur ne dispose pas d'un modèle interne. Une autre variante est de n'appliquer les fonctionnalités que sur le modèle pour la construction de la consigne sonde ou, à contrario, de n'appliquer ces fonctionnalités que sur le régulateur. [0030] On réalise dans le présent exemple une sélection du modèle pour la construction de la consigne de richesse à la sonde en fonction des situations de vie. On sélectionne ici également le régulateur en fonction des situations de vie, ce choix pouvant se faire parmi un ensemble de régulateurs à modèle interne ou non, ou parmi un ensemble de régulateurs incluant n'importe quel type de régulateur. On met donc ici en oeuvre deux modèles différents du système constitué de la ligne et de la sonde dont on utilise les résultats selon la situation de vie dans laquelle le moteur et la sonde fonctionnent. Bien entendu, on peut mettre en oeuvre un nombre de modèles supérieur à deux. Lorsqu'une situation de vie spécifique est détectée, le modèle adéquat pour la construction de consigne de richesse à la sonde est initialisé et ses résultats sont ensuite exploités pour la construction de la consigne de richesse à la sonde. Le type de régulateur, qui peut inclure un modèle interne ou non, est avantageusement choisi également en fonction de la situation de vie [0031] On sélectionne plus généralement ou bien le modèle pour la construction de la consigne de richesse à la sonde ou bien le régulateur, ou bien les deux, en fonction des situations de vie. [0032] L'avantage ici est d'offrir la meilleure estimation possible de la consigne de richesse à la sonde quelle que soit la situation de vie. Cela permet d'estimer au plus juste l'erreur de suivi de richesse à la sonde et donc de ne solliciter le régulateur qu'au strict nécessaire. Par ailleurs, un tel dispositif permet également de choisir le type de régulation le plus approprié en fonction des situations de vie pour le mettre en cohérence avec un modèle de sonde différent ou pour simplement sélectionner le type de régulateur le plus adéquat. La calibration de la dynamique de régulation est donc moins contrainte et peut se permettre d'être plus rapide. Cela assure un meilleur rejet des perturbations réelles de richesse et donc un meilleur suivi de la consigne. Au final, selon la consigne de richesse demandée, on diminue les émissions du moteur, on assure une meilleure protection des composants de la ligne d'échappement, et on assure un meilleur agrément de conduite ainsi qu'une meilleure stabilité du moteur. Au final, on en tire une réduction du coût de la définition de la catalyse, une réduction des coûts liés aux processus qualité liés à un vieillissement prématuré ou à un endommagement des composants de la ligne d'échappement, et une réduction de la consommation de carburant. La solution proposée ne génère que peu de surcoût par rapport aux solutions déjà en place sur les véhicules pour une régulation de richesse par sonde proportionnelle. REVENDICATIONS1. Moteur à combustion de véhicule automobile comprenant au moins un cylindre de combustion (1), une ligne d'échappement, une sonde de richesse (8) disposée sur la ligne d'échappement, un module (10) de détermination de consigne de richesse à la sonde en fonction d'une consigne de richesse dans ledit au moins un cylindre de combustion (1), le module de détermination (10) étant configuré pour déterminer la consigne de richesse à la sonde (8) en utilisant une première règle de calcul, et un module de régulation (9) lequel est configuré pour déterminer une correction de richesse à appliquer dans ledit au moins un cylindre (1) selon une première règle de calcul en fonction d'une valeur représentative d'un écart entre une richesse mesurée par la sonde (8) et la consigne de richesse à la sonde, caractérisé en ce que le module de détermination (10) de consigne de richesse à la sonde et/ou le module de régulation (9) est configuré pour utiliser respectivement une deuxième règle de calcul de la consigne de richesse à la sonde (8) et/ou une deuxième règle de calcul de la correction à appliquer laquelle deuxième règle de calcul est différente de la première règle de calcul respectivement de la consigne de richesse et/ou de la correction à appliquer, et le moteur comporte un module de sélection (11) recevant au moins une valeur (d) d'un paramètre de fonctionnement du moteur, le module de sélection (11) étant configuré pour sélectionner une règle de calcul utilisée par le module de détermination (10) de la consigne de richesse à la sonde et/ou par le module de régulation (9) parmi la première règle et la deuxième règle de calcul respectivement de la consigne de richesse et/ou de la correction à appliquer en fonction de ladite au moins une valeur (d) d'un paramètre de fonctionnement du moteur. 2. Moteur à combustion selon la revendication1, caractérisé en ce que le paramètre de fonctionnement du moteur (d) fait partie du groupe comprenant une valeur indicative de régime du moteur, une valeur indicative de couple produit par le moteur, une valeur indicative de débit de gaz d'échappement et une valeur indicative de température. 3. Moteur à combustion selon la revendication 2, caractérisé en ce que le paramètre de fonctionnement du moteur (d) est une valeur indicative de la température de la sonde (8). 4. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le paramètre de fonctionnement du moteur (d) est un paramètre indicatif du fait que le moteur est en régime de ralenti ou non. 5. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le paramètre de fonctionnement du moteur (d) est une mesure de débit de gaz d'échappement. 6. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de détermination de consigne de richesse à la sonde (10) est configuré pour utiliser une deuxième règle de calcul de la consigne de richesse à la sonde (8) et la deuxième règle de calcul de la consigne de richesse à la sonde (8) est un filtre linéaire de la consigne de richesse au cylindre (1). 7. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le module (10) de détermination de consigne de richesse à la sonde (8) est configuré pour utiliser une deuxième règle de calcul de la consigne de richesse à la sonde (8) et la deuxième règle de calcul de la consigne de richesse à la sonde (8) est un filtre d'ordre 2 de la consigne de richesse au cylindre (1). 8. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de régulation (9) est configuré pour utiliser une deuxième règle de calcul de la correction à appliquer et la deuxième règle de calcul est un prédicteur de Smith. 9. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module (10) de détermination de la consigne de richesse à la sonde (8) et le module de sélection (11) sont constitués par un même organe prévu pour être monté de manière monobloc dans le véhicule. 10. Moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module (10) de détermination de la consigne de richesse à la sonde (8) et le module de régulation (9) sont constitués par un même organe prévu pour être monté de manière monobloc dans le véhicule.