Brevet FR3134149A1 — publié le 20231006

Ce système (4) d’injection d’air et de carburant pour moteur (6) de véhicule (2) automobile, pour la réalisation d’un mélange air-carburant, comprend un dispositif (26) de temporisation de l’injection de carburant, le dispositif (26) de temporisation étant configuré pour maintenir stable la richesse du mélange air-carburant durant une durée déterminée en fonction d’un ratio entre une capacité de stockage en oxygène courante et une capacité de stockage en oxygène de référence dans un catalyseur (16) d’un système (14) de traitement des espèces polluantes d’une ligne (8) d’échappement du véhicule (2) automobile. Figure pour l’abrégé : Fig 1 Système d’injection configuré pour la stabilisation de la valeur de la richesse d’un mélange air-carburant en fonction de la capacité de stockage en oxygène courante d’un catalyseur La présente invention concerne un système d’injection d’air et de carburant pour moteur de véhicule automobile. En particulier, la présente invention concerne le maintien à une valeur stable de la richesse du mélange air-carburant injecté lors d’un changement de rapport d’une boîte de vitesse du véhicule pendant une durée déterminée. De manière générale, la présente invention s’applique à des situations de conduite dans lesquelles une diminution de la richesse du mélange air-carburant injecté provoque une augmentation de l’émission d’espèces polluantes, notamment les oxydes d’azote (NOx). Techniques antérieures Un véhicule automobile muni d’un moteur à combustion est généralement doté d’un système de post-traitement des espèces polluantes des gaz d’échappement du véhicule afin de réduire les émissions de ces espèces polluantes. Le système de post-traitement d’un moteur à allumage commandé (du type fonctionnant notamment à l’essence) comprend généralement un catalyseur trois voies. L’efficacité de traitement des différentes espèces polluantes dépend de la quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur. Lorsque la quantité d’oxygène stockée est proche de zéro, l’efficacité d’oxydation de certaines espèces polluantes diminue, comme par exemple pour les hydrocarbures imbrulés et le monoxyde de carbone. Lorsque la quantité d’oxygène stockée est proche de la capacité de stockage en oxygène du catalyseur, l’efficacité d’oxydation de d’autres espèces polluantes diminue, comme par exemple pour les oxydes d’azote. La quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur dépend de l’injection d’un mélange air-carburant. Lors de certaines situations de conduite, par exemple lors d’un changement de rapport d’une boîte de vitesse, l’injection de carburant est coupée automatiquement pour diminuer la consommation de carburant et de l’air est envoyé dans le système de post-traitement. La quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur augmente alors, par exemple jusqu’à la valeur maximale de la capacité de stockage du catalyseur, et des espèces polluantes ne sont plus traitées efficacement, plus particulièrement les oxydes d’azote (NOx) comprenant essentiellement du monoxyde d’azote et du dioxyde d’azote. Lors de la reprise de l’injection de carburant, alors que la quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur a atteint la capacité de stockage en oxygène et que le catalyseur est saturé en oxygène, une stratégie de purge du catalyseur est généralement effectuée. La stratégie de purge du catalyseur comprend une augmentation de la richesse du mélange air-carburant injecté jusqu’à une richesse supérieure à 1, c’est-à-dire une augmentation de la proportion de carburant dans le mélange air-carburant injecté de sorte que ladite proportion de carburant est supérieure à celle présente dans le mélange air-carburant stœchiométrique, de manière à diminuer rapidement la quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur. Cependant, la stratégie de purge du catalyseur augmente considérablement la consommation en carburant du véhicule. Il est connu que la richesse du mélange air-carburant injecté influe sur la quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur. Ainsi, une solution pour limiter l’augmentation de la quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur, par exemple lors du changement de rapport de la boîte de vitesse, est de maintenir dans des proportions stœchiométriques la richesse du mélange air-carburant injecté en retardant la coupure d’injection du carburant précédemment évoquée pour ne pas saturer le catalyseur en oxygène. Le retard avant la coupure de l’injection de carburant est généralement fixé à une durée prédéterminée et constante. En particulier, la durée constante ne dépend pas de l’état d’usure du véhicule et plus particulièrement de la variation de la capacité de stockage en oxygène du catalyseur lors de son vieillissement, ce qui conduit à une surconsommation de carburant ou à la saturation du catalyseur en oxygène. La capacité de stockage en oxygène d’un catalyseur vieilli par rapport à un autre catalyseur neuf peut par exemple varier de 35%. La présente invention a donc pour objectif de pallier tout ou partie des inconvénients précités et propose un système d’injection pour moteur de véhicule automobile permettant de diminuer l’émission d’espèces polluantes et/ou la consommation de carburant du véhicule. La présente invention a pour objet un système d’injection d’air et de carburant pour moteur de véhicule automobile, pour la réalisation d’un mélange air-carburant, comprenant un dispositif de temporisation de l’injection de carburant, le dispositif de temporisation étant configuré pour maintenir stable la richesse du mélange air-carburant durant une durée déterminée en fonction d’un ratio entre une capacité de stockage en oxygène courante et une capacité de stockage en oxygène de référence dans un catalyseur d’un système de traitement des espèces polluantes d’une ligne d’échappement du véhicule automobile. Ainsi, la présente invention permet d’adapter l’injection de carburant et d’air en fonction de la capacité de stockage en oxygène courante du catalyseur, qui varie en fonction de l’état d’usure du catalyseur. Avantageusement, la capacité de stockage en oxygène de référence est une moyenne des capacités de stockage en oxygène courante mesurées sur plusieurs catalyseurs neufs et/ou peu utilisés. Avantageusement, la durée est nulle lorsque le ratio est supérieur à un ratio prédéterminé. Optionnellement, le système comprend un détecteur de situation de conduite configuré pour déterminer la situation de conduite du véhicule automobile, le dispositif de temporisation étant configuré pour adapter la durée à la situation de conduite détectée. Dans un mode de réalisation, le système comprend des moyens de détermination de la capacité de stockage en oxygène courante du catalyseur. Avantageusement, le dispositif de temporisation comprend un moyen d’asservissement des paramètres d’injection d’air et de carburant du système d’injection destiné à contrôler la richesse du mélange air-carburant injecté. La présente invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant un système de traitement des espèces polluantes comprenant un catalyseur, comprenant un système d’injection tel que défini précédemment. La présente invention a également pour objet un procédé de temporisation de l’injection de carburant dans un système d’injection d’un véhicule automobile tel que définit précédemment et comprenant les étapes suivantes : - Mesure de la capacité de stockage en oxygène courante du catalyseur ; - Calcul d’un ratio entre la capacité de stockage en oxygène courante et une capacité de stockage en oxygène de référence ; - Calcul d’une durée en fonction du ratio calculé ; et - Maintien de la richesse du mélange air-carburant injecté à une valeur constante durant la durée calculée. Avantageusement, la durée est nulle lorsque le ratio est supérieur à un ratio prédéterminé et augmente lorsque le ratio diminue. Dans un mode de mise en œuvre, le procédé est mis en œuvre lors d’un changement de rapport d’une boîte de vitesse du véhicule automobile. D’autres objectifs, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : illustre schématiquement un véhicule automobile comprenant un système d’injection selon l’invention ; illustre schématiquement les étapes d’un procédé de temporisation de l’injection d’un moteur d’un véhicule automobile selon l’invention ; illustre schématiquement des variations de paramètres d’un système d’injection selon l’invention autour d’une situation de conduite ; et illustre schématiquement une variation d’une durée de temporisation en fonction du ratio entre une capacité de stockage en oxygène courante d’un catalyseur et une capacité de stockage en oxygène de référence. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation On a représenté schématiquement sur la un véhicule 2 automobile comprenant un système d’injection 4 selon l’invention. Le véhicule 2 comprend un moteur 6 à allumage commandé et une ligne 8 d’échappement. Le système 4 d’injection comprend un boîtier 10 d’injection d’air comprenant par exemple un boîtier papillon d’admission d’air et un collecteur d’admission. Le système 4 d’injection comprend un boîtier 12 d’injection de carburant comprenant par exemple une pompe à injection de carburant haute pression et des injecteurs de carburant. Le système 4 d’injection permet ainsi de réaliser un mélange air-carburant. La ligne 8 d’échappement comprend un système de traitement 14 des espèces polluantes muni d’un catalyseur 16, dit catalyseur trois voies, pour le traitement du monoxyde de carbone, d’hydrocarbures imbrûlés et d’oxydes d’azote contenus dans des gaz de combustion du moteur 6. Avantageusement, le système 4 d’injection comprend des moyens de détermination 17 d’une capacité de stockage en oxygène du catalyseur 16, autrement dit une capacité de stockage courante OSC (illustrée ci-après sur la ). Les moyens de détermination 17 comprennent par exemple une sonde 18 à oxygène du type proportionnel positionnée dans la ligne 8 d’échappement en aval du catalyseur 16 pour la mesure d’une quantité d’oxygène stockée OS dans le catalyseur 16 et un module de mode de fonctionnement du moteur 6 (non représenté) permettant une transition entre deux modes de fonctionnement du moteur 6, notamment entre un mode de fonctionnement pauvre comprenant une coupure de l’injection de carburant et un mode de fonctionnement riche comprenant une richesse du mélange RM air-carburant injecté supérieure ou égale à 1. Les moyens de détermination 17 peuvent également comprendre un capteur de température 20 positionné dans la ligne 8 d’échappement en aval du catalyseur 16 pour la détermination de la température du catalyseur 16 et une sonde 22 de débit des gaz d’échappement positionnée dans la ligne 8 d’échappement en amont du catalyseur 16 pour la mesure du débit des gaz d’échappement traversant le catalyseur 16. La capacité de stockage en oxygène courante OSC du catalyseur 16 peut être avantageusement déterminée régulièrement en utilisant les moyens de détermination 17, par exemple en analysant le comportement du catalyseur 16 lors d’une transition volontaire entre deux modes de fonctionnement du moteur 6. En particulier, on peut utiliser une méthode connue décrite dans la publication FR3033364A1. Dans un mode de réalisation, le système 4 d’injection comprend un dispositif 24 calculateur permettant de calculer un ratio R entre la capacité de stockage en oxygène courante OSC du catalyseur 16 et une capacité de stockage de référence OSCr. La capacité de stockage de référence OSCr est par exemple calculée comme la moyenne de la capacité de stockage en oxygène courante OSC de plusieurs catalyseurs 16 neufs ou comme la moyenne de la capacité de stockage en oxygène courante OSC de plusieurs catalyseurs 16 peu utilisés, c’est-à-dire des catalyseurs 16 dont l’état d’usure correspond à l’état d’usure d’un catalyseur 16 d’un véhicule 2 automobile neuf ayant roulé au maximum 3000 km. La valeur du ratio R permet de déterminer l’état de vieillissement du catalyseur 16. Lorsque le ratio R est proche de 1, par exemple supérieur à 0,95, le dispositif 24 calculateur détermine que le catalyseur 16 est neuf ou récent. Lorsque le ratio R diminue, par exemple en dessous de 0,7, le dispositif 24 calculateur détermine que le catalyseur 16 est vieilli. Le système 4 d’injection comprend en outre un dispositif 26 de temporisation configuré pour maintenir stable la richesse du mélange RM durant une durée T déterminée en fonction de la capacité de stockage en oxygène courante OSC du catalyseur 16. La durée T est plus particulièrement déterminée en fonction du ratio R. La richesse du mélange RM air-carburant injecté est par exemple maintenue stable lors d’une situation de conduite SC particulière telle qu’un changement de rapport d’une boîte de vitesse. Le dispositif 26 de temporisation comprend un moyen 28 d’asservissement des paramètres d’injection du boîtier 10 d’injection d’air et du boîtier 12 d’injection de carburant. Le moyen 28 d’asservissement des paramètres d’injection est donc configuré de manière à contrôler la richesse du mélange RM air-carburant injecté. Avantageusement, le système 4 d’injection comprend un détecteur de situation de conduite SC (non représenté) de manière à déterminer la situation de conduite SC du véhicule 2 automobile. Le détecteur de situation de conduite SC permet par exemple de détecter une situation de conduite SC tel qu’un changement de rapport d’une boîte de vitesse ou une phase de décélération sur route descendante. En outre, le détecteur de situation de conduite SC associe une durée moyenne caractéristique à la situation de conduite SC. Lorsque la durée moyenne caractéristique est par exemple trois fois plus longue que la durée T de temporisation, la quantité d’oxygène stockée OS dans le catalyseur 16 se rapproche de la capacité de stockage en oxygène courante OSC du catalyseur 16 pendant la situation de conduite SC. En particulier, la différence entre la quantité d’oxygène stockée OS et la capacité de stockage en oxygène courante OSC est inférieure à un écart de quantité d’oxygène M lorsque la durée moyenne caractéristique de la situation de conduite SC est écoulée. Pour éviter cette situation, le détecteur de situation de conduite SC communique avant la fin de la durée T de temporisation une consigne au dispositif 26 de temporisation de sorte que le dispositif 26 de temporisation maintient stable la richesse du mélange RM air-carburant injecté pendant une durée plus longue. Ainsi, la différence entre la quantité d’oxygène stockée OS et la capacité de stockage en oxygène courante OSC reste supérieure à l’écart de quantité d’oxygène M lors de la situation de conduite SC. On a représenté schématiquement sur la un procédé 30 de temporisation de l’injection d’un moteur 6 d’un véhicule 2 automobile comprenant un système 4 d’injection tel que décrit précédemment. En premier lieu, lors d’une première étape 32, on mesure la capacité en oxygène courante OSC du catalyseur 16 à l’aide des moyens 17 de détermination. Puis, on effectue une étape 34 de calcul du ratio R entre la capacité de stockage en oxygène courante OSC du catalyseur 16 et la capacité de stockage en oxygène de référence OSCr à l’aide du dispositif 24 calculateur. Lors de l’étape 36 suivante, on calcule la durée T en fonction du ratio R. L’étape 36 de calcul peut être effectuée avec le dispositif 26 de temporisation ou avec le dispositif 24 calculateur. Avantageusement, on effectue une étape 38 de détection de la situation de conduite SC avec le détecteur de situation de conduite SC. Optionnellement, lors de l’étape 40 suivante, le détecteur de situation de conduite SC communique une modification de la durée T au dispositif 26 de temporisation de manière à adapter la durée T à la situation de conduite SC. Enfin, on effectue une étape 42 de maintien stable de la richesse du mélange RM air-carburant durant la durée T calculée, ou la durée modifiée, grâce au dispositif 26 de temporisation et au moyen 28 d’asservissement. Lors de la mise en œuvre de ce procédé 30, la durée T est par exemple nulle lorsque le ratio R est supérieur à un ratio Rr prédéterminé et la durée T augmente lorsque le ratio R diminue. Avantageusement, le procédé 30 est mis en œuvre lors d’un changement de rapport d’une boîte de vitesse d’un véhicule 2 automobile thermique. On a représenté schématiquement sur la la variation de paramètres de fonctionnement automobile avant, pendant et après une situation de conduite SC et en particulier lors de la mise en œuvre des étapes du procédé 30 selon l’invention. Les paramètres de fonctionnement automobile comprennent notamment la richesse du mélange RM air-carburant injecté, la quantité d’oxygène stockée OS dans le catalyseur 16, la pression P dans le collecteur d’admission, la vitesse V du véhicule 2 et la quantité d’oxydes d’azote NOx émis par le véhicule 2. La situation de conduite SC comprend par exemple un changement de rapport d’une boîte de vitesse manuelle ou automatique du véhicule 2 ou une phase de décélération du véhicule survenant après une phase de fonctionnement stabilisée à vitesse V constante, avec une tolérance de 5%, et survenant avant une phase d’accélération. La situation de conduite SC survient par exemple après une première phase P1 d’injection. La situation de conduite SC comprend une deuxième phase P2 d’injection. Une troisième phase P3 d’injection survient après la situation de conduite SC. La première phase P1 d’injection comprend par exemple une phase de fonctionnement stabilisé à vitesse V constante, avec une tolérance de 5%, au cours de laquelle la quantité d’oxygène stockée OS dans le catalyseur 16 est proche d’une quantité d’oxygène stockée optimale OSo pour traiter de façon optimale les espèces polluantes. Par exemple, lorsque la quantité d’oxygène stockée OS dans le catalyseur 16 est la quantité d’oxygène stockée optimale OSo le véhicule 2 automobile n’émet pas ou peu d’oxyde d’azote. En outre, lors de la première phase P1 d’injection, le boîtier papillon d’admission d’air est ouvert, la pression P dans le collecteur d’admission est constante, à 5% près, le débit d’échappement est constant, à 5% près, et la richesse du mélange RM air-carburant injecté est par exemple proche de 1. La deuxième phase P2 d’injection comprend par exemple une phase au cours de laquelle la vitesse V du véhicule 2 diminue, par exemple suite au levé de pied du conducteur par rapport à la pédale d’accélération. Lors du levé de pied, le boîtier papillon d’admission d’air est par exemple fermé de sorte que l’admission d’air diminue et que la pression P dans le collecteur atteint une pression constante Pc. Afin de pallier le trop plein d’oxygène dans le catalyseur 16, le dispositif 26 de temporisation maintient stable la richesse du mélange RM air-carburant injecté pendant la durée T, par exemple à une richesse du mélange RM air-carburant proche de 1 pendant 0,3 seconde de sorte que la quantité d’oxygène stockée OS dans le catalyseur 16 reste constante à 5% près durant la durée T. Une fois que la durée T est écoulée, le dispositif 26 de temporisation coupe l’injection de carburant de sorte que la richesse du mélange RM air-carburant injecté diminue jusqu’à une richesse nulle, une consigne de couple du moteur 6 est alors nulle et la quantité d’oxygène stockée OS dans le catalyseur 16 augmente. Optionnellement, le dispositif 26 de temporisation diminue la richesse du mélange RM air-carburant jusqu’à une valeur non nulle puis le dispositif 26 de temporisation maintient stable la richesse du mélange RM air-carburant injecté pendant la durée T. Dans un autre mode de mise en œuvre, le dispositif 26 de temporisation adapte la richesse du mélange RM air-carburant injecté pendant la durée T, par exemple en diminuant linéairement la richesse du mélange RM air-carburant injecté durant la durée T. Avantageusement, la durée T au cours de laquelle la richesse du mélange RM air-carburant injecté est maintenue stable permet à la quantité d’oxygène stockée OS dans le catalyseur 16 de rester inférieure à la capacité de stockage en oxygène courante OSC du catalyseur 16. Optionnellement la deuxième phase P2 d’injection comprend une phase de changement de rapport d’une boîte manuelle. La troisième phase P3 d’injection comprend par exemple une phase d’accélération du véhicule 2 et/ou un attelage consécutif au changement de rapport de la boîte de vitesse. La troisième phase P3 d’injection comprend par exemple l’ouverture du boîtier papillon d’admission d’air, l’augmentation du débit d’échappement et l’augmentation de la richesse du mélange RM air-carburant injecté, par exemple à une richesse proche de 1. Avantageusement, au commencement de la troisième phase P3 d’injection, la quantité d’oxygène stockée OS dans le catalyseur 16 est inférieure à la capacité de stockage en oxygène courante OSC du catalyseur 16. Ainsi, le catalyseur 16 n’est pas saturé en oxygène. Un réglage de la valeur de la richesse proche de 1 permet par exemple un retour progressif de la quantité d’oxygène stockée OS dans le catalyseur 16 à la quantité d’oxygène stockée optimale OSo. En outre, l’émission d’oxyde d’azote NOx augmente peu ou est nulle au cours de la troisième phase P3 d’injection, quel que soit l’état d’usure du catalyseur 16 On a représenté schématiquement sur la une variation de la durée T de temporisation en fonction du ratio R entre une capacité de stockage en oxygène courante OSC d’un catalyseur 16 et une capacité de stockage en oxygène de référence OSCr. Dans cet exemple, la durée T est nulle lorsque le catalyseur 16 est neuf ou récent, par exemple lorsque le ratio R est inférieur à un ratio prédéterminé Rr, ici un ratio prédéterminé Rr de 0,7. En outre la capacité de stockage en oxygène courante OSC du catalyseur 16 est proche de la capacité de stockage en oxygène de référence OSCr et lors de la situation de conduite SC le catalyseur 16 ne sature pas en oxygène. Lorsque le catalyseur 16 est vieilli, le ratio R diminue nécessairement et la durée T de temporisation augmente alors que le ratio R diminue. Lorsque le ratio R est compris entre 0,7 et 0,6, la durée T varie linéairement en fonction du ratio R selon une première pente. Lorsque le ratio R est compris entre 0,6 et 0,2, la durée T varie linéairement en fonction du ratio R selon une deuxième pente. Avantageusement les première et deuxième pentes sont choisies de sorte que la différence entre la quantité d’oxygène stockée OS et la capacité de stockage en oxygène courante OSC reste supérieure à l’écart de quantité d’oxygène M décrit précédemment. Par exemple la situation de conduite SC comprend un changement de rapport d’une boîte de vitesse de durée en moyenne connue et l’écart de quantité d’oxygène M est de 10 mmol d’oxygène. Système (4) d’injection d’air et de carburant pour moteur (6) de véhicule (2) automobile, pour la réalisation d’un mélange air-carburant, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif (26) de temporisation de l’injection de carburant, le dispositif (26) de temporisation étant configuré pour maintenir stable la richesse du mélange (RM) air-carburant durant une durée (T) déterminée en fonction d’un ratio (R) entre une capacité de stockage en oxygène courante (OSC) et une capacité de stockage en oxygène de référence (OSCr) dans un catalyseur (16) d’un système (14) de traitement des espèces polluantes d’une ligne (8) d’échappement du véhicule (2) automobile. Système (4) selon la revendication 1, dans lequel la capacité de stockage en oxygène de référence (OSCr) est une moyenne des capacités de stockage en oxygène courante (OSC) mesurées sur plusieurs catalyseurs (16) neufs et/ou peu utilisés. Système (4) selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel la durée (T) est nulle lorsque le ratio (R) est supérieur à un ratio prédéterminé (Rr). Système (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un détecteur de situation de conduite (SC) configuré pour déterminer la situation de conduite (SC) du véhicule (2) automobile, le dispositif (26) de temporisation étant configuré pour adapter la durée (T) à la situation de conduite (SC) détectée. Système (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant des moyens (17) de détermination de la capacité de stockage en oxygène courante (OSC) du catalyseur (16). Système (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le dispositif (26) de temporisation comprend un moyen (28) d’asservissement des paramètres d’injection d’air et de carburant du système (4) d’injection destiné à contrôler la richesse du mélange (RM) air-carburant injecté. Véhicule (2) automobile comprenant un système (14) de traitement des espèces polluantes comprenant un catalyseur (16), caractérisé en ce qu’il comprend un système (4) d’injection selon l’une quelconque des revendications 1 à 6. Procédé (30) de temporisation de l’injection de carburant dans un système (4) d’injection d’un véhicule (2) automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : Mesure de la capacité de stockage en oxygène courante (OSC) du catalyseur (16) ; Calcul d’un ratio (R) entre la capacité de stockage en oxygène courante (OSC) et une capacité de stockage en oxygène de référence (OSCr) ; Calcul d’une durée (T) en fonction du ratio (R) calculé ; et Maintien de la richesse du mélange (RM) air-carburant injecté à une valeur constante durant la durée (T) calculée. Procédé (30) selon la revendication 8 dans lequel la durée (T) est nulle lorsque le ratio (R) est supérieur à un ratio prédéterminé (Rr) et augmente lorsque le ratio (R) diminue. Procédé (30) selon l’une quelconque des revendications 8 et 9, mis en œuvre lors d’un changement de rapport d’une boîte de vitesse du véhicule (2) automobile.