Brevet FR3112815A1 — publié le 20220128

La présente concerne un procédé de correction d’une dérive de mesure de richesse d’une première sonde de richesse (4a) dans un ensemble comprenant un moteur thermique (1) relié à une ligne d’échappement comprenant un catalyseur (3), ladite première seconde sonde de richesse (4a, 4b) montées respectivement en amont et en aval du catalyseur (3), un premier dispositif de régulation de richesse calculée à partir de la première sonde (4a), un second dispositif de régulation de richesse calculée à partir de la seconde sonde (4b), caractérisé en ce qu’on détermine l’écart entre les richesses calculées par le premier et le second dispositif de régulation, on détermine la correction du second dispositif de régulation de richesse, on détermine la dérive de mesure de richesse de la première sonde de richesse à partir de la somme de l’écart et de la correction, on recale la mesure de la première sonde (4a) avec la dérive déterminée. Figure 2 PROCEDE DE CORRECTION D’UNE DERIVE DE MESURE DE RICHESSE La présente invention concerne le domaine des moteurs thermiques. Plus particulièrement, l’invention a pour objet un procédé de correction d’une dérive de mesure de richesse. Dans un moteur thermique à allumage et injection contrôlés électroniquement, la régulation de richesse, qui est le rapport entre la quantité d'air admise et la quantité de carburant injectée dans chaque cylindre, est destinée à l'asservissement de la richesse du mélange à une richesse de consigne variable en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. De plus, pour respecter les normes antipollution de plus en plus strictes visant à réduire les niveaux d'émission de gaz polluants issus de la combustion du mélange air-carburant, il faut réaliser une maîtrise fine de cette richesse du mélange pour maximiser l'efficacité du catalyseur qui assure le retraitement des gaz d'échappement. En effet, dans le cas d'un moteur thermique à allumage et injection contrôlés électroniquement par un calculateur pour fonctionner en mélange stœchiométrique, selon lequel la quantité d'oxygène contenue dans le mélange air-carburant est exactement égale à celle nécessaire à l'oxydation complète du carburant, c'est un catalyseur catalytique à trois voies qui assure le retraitement des gaz d'échappement. Cette maîtrise de la richesse est généralement assurée par deux boucles de régulation comprenant chacune une sonde de richesse, destinée à mesurer la concentration en oxygène des gaz d'échappement à partir de laquelle on calcule la richesse du mélange air-carburant. Un tel dispositif est connu par exemple du document FR2833309A1. La première boucle de régulation fait intervenir une sonde de richesse montée en amont du catalyseur tandis que la seconde boucle de régulation fait intervenir une sonde de richesse montée en aval du catalyseur, l’amont et l’aval étant défini relativement au sens d’écoulement des gaz d’échappement. La seconde boucle de régulation, encore désignée boucle de régulation aval, fait également intervenir un régulateur de richesse dit aval qui peut être un régulateur Proportionnel Intégral. Ce régulateur utilise l’information (une mesure de tension) délivrée par la sonde de richesse montée en aval du catalyseur pour corriger la richesse en amont du catalyseur afin d’optimiser le comportement de ce catalyseur, ce catalyseur étant le plus efficace pour une richesse de 1. La sonde de richesse montée en aval du catalyseur, pour des raisons de coût et de précision autour de la richesse 1 est habituellement une sonde de richesse dite binaire. Les corrections proportionnelles et intégrales sont calculées à partir de coefficients définis en fonction de l’erreur de tension (ou de richesse) en aval du catalyseur. Comme le montre encore la figure 1, les zones d’action des corrections proportionnelles P et intégrales, I, sont généralement différenciées pour assurer la stabilité de la performance du régulateur. La partie proportionnelle, P, agit surtout sur les fortes erreurs pour réduire rapidement l’erreur tandis que la partie intégrale, I, agit surtout sur les faibles erreurs afin d’éliminer l’erreur statique. Ce régulateur est conçu pour apprendre principalement les dérives lentes de richesse au cours de la vie du véhicule dues par exemple à l’évolutions de la sonde de richesse oxygène, du catalyseur avec le temps. Dans le cas d’un décalage soudain et relativement important entre la richesse mesurée à l’amont du catalyseur qui est régulée autour de 1 et la richesse mesurée à l’aval du catalyseur, ce décalage pouvant être dû à une dérive soudaine de la sonde de richesse amont, ce décalage vu à l’aval devrait être corrigé par la régulation de richesse aval. Cependant, à cause d’une zone d’action intégrale, I, restreinte, il n’est pas possible d’évaluer et de rattraper avec précision ce décalage à partir de l’intégrateur, I, seul dont c’est normalement le rôle, même avec la participation de la correction proportionnelle. Le régulateur aval Proportionnel-Intégral est donc inefficace en terme de correction dans le cas d’un décalage soudain. De plus l’élargissement de la zone d’action de l’intégrateur n’est pas envisageable en l’état car elle diminuerait la robustesse de ce dernier. Il existe donc un besoin pour améliorer l’évaluation de la présence d’une dérive de richesse sur la sonde de richesse amont. Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un procédé de correction d’une dérive de mesure de richesse d’une première sonde de richesse (4a) dans un ensemble comprenant : -un moteur thermique relié à une ligne d’échappement, cette ligne d’’échappement comprenant un catalyseur, ladite première sonde et une seconde sonde de richesse montées respectivement en amont et en aval du catalyseur, -un premier dispositif de régulation de richesse calculée à partir de la première sonde, -un second dispositif de régulation de richesse calculée à partir de la seconde sonde, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes dans lesquelles : -on détermine l’écart entre les richesses calculées par le premier et le second dispositif de régulation, -on détermine la correction du second dispositif de régulation de richesse, -on détermine la dérive de mesure de richesse de la première sonde de richesse à partir de la somme de l’écart déterminé et de la correction déterminée, -on recale la mesure de richesse de la première sonde de richesse avec la dérive déterminée. L’effet technique est de faire une évaluation rapide d’une dérive de richesse sur la sonde amont, en parallèle du régulateur aval. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons : Selon une réalisation, l’étape de détermination de la dérive de mesure de richesse de la première sonde de richesse est conditionnée par une autorisation donnée en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur. Selon une réalisation, le procédé comprend une étape de validation de la dérive déterminée dans laquelle on compte la masse de gaz d’échappement traversant le catalyseur à partir du moment où l’autorisation est délivrée et on valide la dérive déterminée lorsque cette masse de gaz d’échappement atteint un premier seuil. Selon une réalisation, lorsque le premier seuil est atteint on réinitialise le comptage de la masse de gaz et on valide la dérive déterminée lorsque la masse de gaz d’échappement atteint un second seuil inférieur au premier seuil. Selon une réalisation, on retient la dernière valeur de dérive de richesse calculée pendant que l’autorisation est valide. Selon une réalisation, on mémorise les valeurs retenues de dérive de richesse calculées au cours d’un nombre prédéterminé de périodes successives et distinctes où l’autorisation a été donnée, puis on calcule la dérive de richesse moyenne. Selon une réalisation, on calcule l’écart-type et on valide le calcul de la dérive de richesse moyenne si cet écart-type est inférieur à un seuil déterminé. Selon une réalisation, le calcul de la dérive de richesse est validé si la valeur de la dérive est supérieure à une valeur minimale. L’invention a également pour objet une unité de contrôle commande, caractérisé en ce qu’elle comprend les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en œuvre des étapes du procédé selon l’une des variantes précédemment décrites. L’invention a également pour objet un ensemble comprenant un moteur thermique relié à une ligne d’’échappement, cette ligne d’’échappement comprenant un catalyseur, ladite première sonde et une seconde sonde de richesse montées respectivement en amont et en aval du catalyseur, un premier dispositif de régulation de richesse calculée à partir de la première sonde, un second dispositif de régulation de richesse calculée à partir de la seconde sonde, caractérisé en ce qu’il comprend une telle unité de contrôle commande. D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : représente les zone d’action des corrections proportionnelles et intégrales en fonction de la tension de la sonde aval (axe des ordonnées) et de la richesse aval (axe des abscisses), pour évolution de la tension de tension caractéristique d’une sonde de richesse binaire. est une représentation schématique d’un ensemble d’un moteur thermique et d’une ligne d’échappement comprenant un catalyseur, le procédé de l’invention pouvant être mis en œuvre pour un tel ensemble. est une représentation sous forme de logigramme du procédé de l’invention. présente sous forme de chronogramme un mode de calcul conforme à l’invention de la dérive de richesse. La figure 2 représente un ensemble comprenant un moteur thermique 1 relié à une ligne d’échappement. Le moteur thermique peut être turbocompressé et dans ce cas une turbine 2 est disposée en sortie du moteur, dans la ligne d’échappement. Un catalyseur est présent sur la ligne d’échappement évacuant les gaz du moteur 1, ce catalyseur 3 étant entouré d’une première sonde de richesse 4a disposée en amont du catalyseur et d’une seconde sonde de richesse 4b disposée en aval du catalyseur 3. Dans ce mode de réalisation, la première sonde de richesse 4a est avantageusement une sonde proportionnelle tandis que la seconde sonde de richesse 4b est une sonde binaire. Le catalyseur 3 est avantageusement un catalyseur d’oxydoréduction, encore désigné catalyseur trois voies. La ligne d’échappement peut contenir un ou plusieurs autres éléments de dépollution sélectifs comme un filtre à particules, un piège à oxyde d’azote, un système de réduction catalytique sélective. Un tel ensemble peut équiper un véhicule, pour sa propulsion. Le fonctionnement du moteur est piloté par une unité de contrôle commande, non représentée. Cette unité de contrôle commande, caractérisé en ce qu’elle comprend les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en œuvre des étapes du procédé de l’invention. Cet ensemble comprend également un premier dispositif de régulation de richesse calculée à partir de la première sonde, 4a, ainsi qu’un second dispositif de régulation de richesse calculée à partir de la seconde sonde, 4b. Le premier dispositif de régulation de richesse forme avec la première sonde aval 4a une première boucle de régulation dite rapide, car son temps de réponse est de l’ordre de quelques millisecondes. Le second dispositif de régulation de richesse forme avec la seconde sonde aval 4b une première boucle de régulation dite lente, car son temps de réponse est de l’ordre de quelques secondes. La richesse est physiquement corrigée via l’injection de carburant. Le régulateur du second dispositif de régulation de richesse est un régulateur Proportionnel Intégral utilisant l’information de la sonde aval 4b. Son objectif est de maintenir la richesse en aval du catalyseur 3 à une consigne prédéfinie et de corriger la richesse amont afin d’optimiser le comportement du catalyseur 3. Comme déjà expliqué, ce second dispositif de régulation de richesse n’est pas capable d’évaluer et corriger une dérive de richesse soudaine et relativement importante, par exemple supérieure à 3%, appliqué sur la mesure de la sonde de richesse amont, 4a. En régime établi et après un certain temps, la richesse en amont du catalyseur 3 est égale à la richesse en aval en moyenne. Donc il est possible de distinguer toute valeur de richesse par la mesure de la sonde aval 4b dans de bonnes conditions. La figure 3 présente sous forme de logigramme les étapes du procédé de l’invention amenant à la correction de correction d’une dérive de mesure de richesse de la première sonde de richesse, 4a. La dérive de mesure de richesse sera estimée à partir de l’erreur de richesse aval, en tenant compte de la correction du second dispositif de régulation, car il impacte la valeur de richesse amont et aval. Sur la figure 3, le bloc C représente un bloc de calcul de la dérive de richesse de la sonde amont 4a. Ce bloc C reçoit en données d’entrée l’erreur aval, Ea, autrement dit l’écart entre les richesses calculées par le premier et le second dispositif de régulation. Ce bloc C reçoit également en données d’entrée la correction de richesse, Ca, du second dispositif de régulation de richesse. Dans ce bloc C, la dérive de mesure de richesse de la première sonde 4a est ensuite calculée à partir de la somme de cet écart de richesse, Ea, et de cette correction, Ca. Cette valeur de dérive de mesure de richesse sert au final à recaler la mesure de richesse de la première sonde de richesse, 4a. La détermination de la dérive de mesure de richesse de la première sonde de richesse 4a peut être conditionnée par une autorisation donnée en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur. Cette autorisation est déterminée sur la figure 3 au bloc M. Ce bloc M détermine si les conditions sont réunies pour observer l’écart de richesse entre l’amont et l’aval du catalyseur 3. Ce bloc M est alimenté en données d’entrée par les paramètres de fonctionnement moteur que sont le régime du moteur, la charge du moteur, le débit de gaz d’échappement, l’état d’activation du second dispositif de régulation aval. On peut également prendre en compte la stabilité de la mesure de richesse en amont du catalyseur. Si les valeurs de ces paramètres de fonctionnement moteur sont jugés corrects pour permettre d’observer l’écart de richesse entre l’amont et l’aval du catalyseur 3, une autorisation est délivrée en sortie du bloc M. Cette autorisation peut être l’activation d’une fenêtre d’observation au cours de laquelle la dérive de richesse est calculée au bloc C à partir de l’erreur de richesse aval, Ea, et de la correction du second dispositif de régulation. On peut également prévoir une étape de validation de la dérive déterminée au bloc C. Cette validation est effectuée sur la figure 3 au bloc V. Ce bloc V, reçoit en donnée d’entrée la masse de gaz d’échappement, Mg, instantanée traversant le catalyseur 3. Dans ce bloc V La dérive calculée au bloc C n’est retenue que si la masse de gaz d’échappement traversant le catalyseur 3 est suffisamment grande pour atteindre le régime établi. Un compteur de masse et un seuil calibrable sont utilisés pour valider la dérive de richesse calculée. Plus le régime établi est long meilleure sera la valeur de la dérive de richesse. La figure 4 présente plus en détail le fonctionnement du bloc de validation V. Sur la figure 4, le graphique supérieur représente en fonction du temps t la consigne de richesse, Cr, demandée en amont (ordonnée richesse amont, Ra). Le graphique inférieur représente la masse de gaz d’échappement, Mge, en en fonction du temps t. Les phases référencées de 5 à 8 représentent des périodes où l’observation de l’écart de richesse est autorisée par le bloc M. En prenant comme exemple la période référencée 7 sur la figure 4, on observe que le comptage de la masse de gaz jusqu’à atteindre un premier seuil S1. Une fois le seuil S1 atteint, la dérive de richesse calculée au bloc C est validée. Sur la période 6, on observe que le comptage de masse n’a pas atteint le premier seuil S1 quand la période se termine, donc la dérive calculée n’est pas validée. Afin d’améliorer cette étape de validation, on peut prévoir un second seuil S2 de masse de gaz, inférieur au premier seuil S1. Le premier seuil S1 permet de s’assurer que le catalyseur 3 est bien purgé de son oxygène, le deuxième seuil S2 peut donc être plus faible que le premier seuil pour permettre une validation plus rapide. En prenant maintenant comme exemple les périodes 5 et 8 de la figure 4, on observe que lorsque le premier seuil S1 est atteint, on réinitialise le comptage de la masse de gaz et on valide la dérive déterminée lorsque la masse de gaz d’échappement atteint le second seuil S2 inférieur au premier seuil S1. On pourrait garder les valeurs de dérives déterminées à l’atteinte des seuil S1, S2 pour un traitement statistique ultérieur, cependant on peut prévoir de retenir que la dernière valeur de dérive de richesse calculée et validée pendant que l’autorisation est elle-même valide. Ainsi à la phase 5 et 8 on retient seulement la dérive de richesse obtenue à l’atteinte du second seuil S2. Ce traitement statistique peut être prévu au bloc T sur la figure 3. Ce bloc T reçoit en donnée d’entrée chaque dérive de richesse validée au bloc V au cours de périodes successives et distinctes 5 à 8 où l’autorisation a été donnée. Chaque dérive de richesse validée au bloc V est ensuite sauvegardée dans une mémoire B pouvant contenir plusieurs valeurs validées, par exemple une dizaine, pour faire ce traitement statistique en évaluant la moyenne des dérives de richesse validées (bloc 9 sur la figure 4). Afin d’affiner encore le traitement statistique, on peut prévoir de calculer (bloc 9 sur la figure 4) également l’écart-type, et de valider le calcul de la dérive de richesse moyenne que si cet écart-type est inférieur à un seuil déterminé. On estimer que le calcul de la dérive de richesse sera convergé lorsque l’écart type sera inférieur à ce seuil. La dérive de richesse finalement retenue sera alors la moyenne des valeurs validée et sauvegardées dans la mémoire B. Une information, de type booléen, Bc, peut à cet effet être généré dont l’état indique que le calcul de la dérive de richesse a convergé. Au besoin, on peut également prévoir une étape supplémentaire (bloc S sur la figure 3) dans laquelle il est possible de saturer la valeur de la dérive de richesse par une bande morte. Les valeurs inclues dans cette bande ne sont pas appliquées, pour éviter d’impacter la richesse sur de faibles valeurs de dérive. Autrement dit la dérive de richesse calculée, ici la moyenne, est validée si cette valeur est supérieure à une valeur minimale. L’invention permet une évaluation robuste et suffisamment précise permettant de corriger et diagnostiquer cet écart. Cette évaluation n’est pas intrusive sur la maitrise de la richesse jusqu’à ce qu’elle soit définie comme robuste statistiquement donc le risque de dérive est limité. Cette solution est simple à mettre en œuvre dans un contrôle commande. Procédé de correction d’une dérive de mesure de richesse d’une première sonde de richesse (4a) dans un ensemble comprenant : -un moteur thermique (1) relié à une ligne d’échappement, cette ligne d’’échappement comprenant un catalyseur (3), ladite première sonde et une seconde sonde de richesse (4a, 4b) montées respectivement en amont et en aval du catalyseur (3), -un premier dispositif de régulation de richesse calculée à partir de la première sonde (4a), -un second dispositif de régulation de richesse calculée à partir de la seconde sonde (4b), caractérisé en ce qu’il comprend les étapes dans lesquelles : -on détermine l’écart (Ea) entre les richesses calculées par le premier et le second dispositif de régulation, -on détermine la correction (Ca) du second dispositif de régulation de richesse, -on détermine (C) la dérive de mesure de richesse de la première sonde de richesse (4a) à partir de la somme de l’écart (Ea) déterminé et de la correction (Ca) déterminée, -on recale la mesure de richesse de la première sonde de richesse (4a) avec la dérive déterminée. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape (C) de détermination de la dérive de mesure de richesse de la première sonde de richesse (4a) est conditionnée par une autorisation donnée en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de validation (V) de la dérive déterminée dans laquelle on compte la masse de gaz d’échappement (Mge) traversant le catalyseur (3) à partir du moment où l’autorisation est délivrée et on valide la dérive déterminée lorsque cette masse de gaz d’échappement (Mge) atteint un premier seuil (S1). Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que lorsque le premier seuil (S1) est atteint on réinitialise le comptage de la masse de gaz et on valide la dérive déterminée lorsque la masse de gaz d’échappement (Mg) atteint un second seuil (S2) inférieur au premier seuil (S1). Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l’on retient la dernière valeur de dérive de richesse calculée pendant que l’autorisation est valide. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l’on mémorise (B) les valeurs retenues de dérive de richesse calculées au cours d’un nombre prédéterminé de périodes (5, 6, 7, 8) successives et distinctes où l’autorisation a été donnée, puis on calcule (9) la dérive de richesse moyenne (9). Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’on calcule (9) l’écart-type et on valide le calcul de la dérive de richesse moyenne si cet écart-type est inférieur à un seuil déterminé. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le calcul de la dérive de richesse est validé si la valeur de la dérive est supérieure à une valeur minimale. Unité de contrôle commande, caractérisé en ce qu’elle comprend les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en œuvre des étapes du procédé selon l’une des revendications précédentes. Ensemble comprenant un moteur thermique (1) relié à une ligne d’’échappement, cette ligne d’’échappement comprenant un catalyseur (3), ladite première sonde et une seconde sonde de richesse (4a, 4b) montées respectivement en amont et en aval du catalyseur (3), un premier dispositif de régulation de richesse calculée à partir de la première sonde (4a), un second dispositif de régulation de richesse calculée à partir de la seconde sonde (4b), caractérisé en ce qu’il comprend une unité de contrôle commande selon la revendication précédente.