Brevet FR3160433A1 — publié le 20250926

Ce procédé de réglage de la richesse d’un moteur (1) à combustion interne à allumage commandé muni d’un catalyseur (5) de type trois voies configuré pour traiter des émissions polluantes du moteur (1), comprend des étapes de : modulation de la richesse à une première fréquence prédéterminée et avec une amplitude de richesse prédéterminée centrée autour d’une richesse moyenne constante; suivi de la tension aux bornes d’une sonde (7b) de richesse binaire disposée à l’aval du catalyseur (5) et identification de pics de tension représentatifs d’une fuite; calcul d’une deuxième fréquence représentative d’une fréquence d’apparition des pics de tension identifiés; comparaison entre la deuxième fréquence et la première fréquence; et réduction de l’amplitude de richesse lorsque la valeur absolue de l’écart entre les deuxième et première fréquences est inférieure ou égale à une valeur de seuil prédéterminée. Figure pour l’abrégé : Figure 1 Procédé de réglage de la richesse d’un moteur à combustion interne à allumage commandé muni d’un catalyseur trois voies L’invention a pour domaine technique la dépollution des gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne à allumage commandé équipé d’un catalyseur de type trois voies. Techniques antérieures Dans les moteurs à combustion interne de type à allumage commandé, notamment utilisés dans les véhicules automobiles et fonctionnant à l'essence, il est connu de réaliser la dépollution des gaz de combustion du moteur à l’aide d’un catalyseur de type trois voies monté à l'échappement du moteur. De tels dispositifs de traitement des émissions polluantes permettent de réduire les molécules d’oxyde d’azote (NOx), et d’oxyder les molécules d’hydrocarbures imbrûlés (HC) et de monoxyde de carbone (CO) émises par le moteur au cours de son fonctionnement. Classiquement, deux sondes lambda quantifient la concentration en oxygène respectivement en amont et en aval du catalyseur pendant que la richesse varie entre des compositions riches et pauvres à une fréquence et une amplitude données, afin de stimuler la conversion des polluants au sein du catalyseur et d’avoir une efficacité optimale du traitement des émissions polluantes. Cette stratégie de modulation de la richesse fonctionne correctement dans la mesure où le catalyseur dispose d’une capacité de stockage d’oxygène suffisante (d’acronyme OSC pour « Oxygen Storage Capacity » en anglais), définie par une borne inférieure appelée OS_min et par une borne supérieure appelée OS_max. Lorsque l’oxygène stocké dans le catalyseur (d’acronyme OS pour « Oxygen Storage » en anglais) se trouve entre ces deux bornes, le catalyseur est en mesure d’assurer correctement le traitement des émissions polluantes. Si l’OS est inférieur à la borne inférieure OS_min, il n’y a plus assez d’oxygène dans le catalyseur pour traiter les espèces riches, en particulier les émissions de CO. Si l’OS est supérieur à la borne supérieure OS_max, il y a trop d’oxygène dans le catalyseur pour traiter les espèces pauvres, en particulier les émissions de NOx. Or, la valeur d’OSC d’un catalyseur diminue avec son vieillissement. Dès lors, on comprend qu’il n’est pas possible d’adopter une même amplitude de modulation de richesse pour un catalyseur neuf et un catalyseur vieilli. Dans les systèmes actuels, l’amplitude de modulation de richesse est généralement choisie pour optimiser le traitement des émissions polluantes lorsque les catalyseurs sont vieillis. La dépollution n’est donc pas optimale sur toute la durée de vie des catalyseurs et en particulier lorsque les catalyseurs sont neufs. Au vu de ce qui précède, l’invention vise à fournir un procédé de réglage de la richesse d’un moteur à combustion interne de type à allumage commandé équipé d’un catalyseur trois voies qui optimise le traitement des émissions polluantes sur toute la durée de vie du catalyseur. L’invention a pour objet un procédé de réglage de la richesse d’un moteur à combustion interne à allumage commandé muni d’un catalyseur de type trois voies configuré pour traiter des émissions polluantes du moteur. Le procédé comprend des étapes de : modulation de la richesse à une première fréquence prédéterminée et avec une amplitude de richesse prédéterminée centrée autour d’une richesse moyenne constante, de manière à réaliser une alternance de phases de fonctionnement du moteur en régime riche et en régime pauvre ; suivi de la tension aux bornes d’une sonde de richesse binaire disposée à l’aval du catalyseur et identification de pics de tension représentatifs d’une fuite lorsque la tension aux bornes de la sonde dépasse de manière répétée une tension de seuil prédéterminée supérieure à une tension nominale prédéterminée de la sonde; calcul d’une deuxième fréquence représentative d’une fréquence d’apparition des pics de tension identifiés; comparaison entre la deuxième fréquence et la première fréquence; et réduction de l’amplitude de richesse lorsque la valeur absolue de l’écart entre les deuxième et première fréquences est inférieure ou égale à une valeur de seuil prédéterminée, de manière à faire disparaître les pics de tension. Un tel procédé permet d’optimiser le traitement des émissions polluantes sur toute la durée de vie du catalyseur. Selon une caractéristique, la richesse moyenne a une valeur comprise entre 1,001 et 1,002, et de préférence est égale à 1,0015. Une telle valeur de richesse moyenne constitue un très bon compromis pour le traitement des NOx et du CO. Avantageusement, le suivi de la tension est réalisé sur des phases stabilisées de fonctionnement du moteur. Selon une autre caractéristique, le fonctionnement en régime riche et en régime pauvre du moteur est réalisé respectivement à une première richesse constante et à une deuxième richesse constante, la deuxième richesse étant plus faible que la première richesse, l’écart entre la première richesse et la deuxième richesse correspondant à l’amplitude de richesse. Un tel fonctionnement permet une variation linéaire de l’OS du catalyseur. De préférence, l’amplitude de richesse est ajustée en fonction du régime de rotation et de la charge du moteur. Un tel réglage de richesse permet un traitement optimal des émissions polluantes. Par exemple, le calcul de la deuxième fréquence est réalisé à partir d’une analyse fréquentielle du signal de tension aux bornes de la sonde. Selon un autre aspect, l’invention a pour objet un moteur à combustion interne muni d’un catalyseur de type trois voies configuré pour traiter des émissions polluantes du moteur, ledit moteur comprenant en outre une unité électronique de commande configurée pour mettre en œuvre un procédé tel que défini ci-dessus. Selon un autre aspect, l’invention a pour objet un véhicule automobile équipé d’un moteur tel que défini ci-dessus. D’autres buts, 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 : FIG. 1 est une vue schématique d’un moteur selon un exemple de réalisation de l’invention ; FIG. 2 illustre la caractéristique richesse / tension d’une sonde de richesse binaire du moteur de la FIG. 1 ; FIG. 3 est une organigramme illustrant les différentes étapes d’un procédé de réglage de la richesse du moteur de la FIG. 1 selon un exemple de réalisation de l’invention ; et FIG. 4 à FIG. 6 illustrent un exemple de mise en œuvre du procédé de la FIG. 3 . Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation Dans l’exemple illustré sur la FIG. 1 , le moteur à combustion interne 1 est du type à allumage commandé de type atmosphérique. Dans un mode de réalisation non illustré, le moteur 1 peut être suralimenté, par exemple par un turbocompresseur ou par un compresseur volumétrique. Le moteur 1 aspire de l’air dans le sens de la flèche E par l’intermédiaire d’une conduite d’admission 2, et rejette ses gaz d’échappement par une conduite d’échappement 3 afin de les diriger vers un dispositif de dépollution 4. Le dispositif de dépollution 4 comporte un catalyseur trois voies 5 et de préférence un filtre à particules 6. Dans l’exemple illustré sur la FIG. 1 , le filtre à particules 6 est logé dans un même volume de post-traitement que le catalyseur trois voies 5 pour favoriser sa montée en température. En variante, il est possible que le filtre à particules 6 ne soit pas logé dans le même volume de post-traitement que le catalyseur 5. La conduite d’échappement 3 est munie en amont du dispositif de dépollution 4 d’une sonde de richesse 7a proportionnelle permettant de réguler la richesse du mélange air-carburant du moteur 1. La conduite d’échappement 3 est munie en aval du dispositif de dépollution 4 d’une sonde de richesse 7b binaire qui renvoie de manière connue en soi une valeur de tension en fonction du niveau de la richesse ( FIG. 2 ). Par exemple, la sonde de richesse 7b peut être réglée de manière à renvoyer une tension nominale de 700 mV équivalant à une richesse de 1,0015 qui optimise le traitement des émissions de NOx et de CO. Le carburant, par exemple de l’essence, un mélange d’essence et d’éthanol, voire de l’éthanol pur, est amené au moteur 1 grâce à un système d’injection (non représenté), par exemple un système d’injection directe qui comporte une rampe d’alimentation commune aux cylindres 8 et au moins un injecteur de carburant par cylindre apte à injecter le carburant directement dans chacun des cylindres 8. Sur l’exemple illustré sur la FIG. 1 , le moteur est muni de trois cylindres disposés en ligne. Par exemple, le moteur 1 peut comprendre un nombre différent de cylindres. D’autres configurations de cylindres peuvent être envisagées, sans sortir du cadre de l’invention. A la sortie du circuit d’échappement 3, les gaz d’échappement sont évacués dans l’atmosphère extérieure dans le sens de la flèche S. Dans la conduite d’admission d’air 2, de manière non limitative, on peut trouver un filtre à air 9 qui permet d’éliminer les poussières contenues dans l’air et un volet d’admission 10, ou boîtier-papillon 10 qui permet de réguler le débit admis dans le moteur 1 en obstruant plus ou moins la conduite d’admission 2. L’air est distribué aux cylindres 8 à travers un collecteur d’admission 11 disposé en aval du boîtier-papillon 10. Dans l’exemple illustré sur la FIG. 1 , un collecteur d’échappement 12 est directement intégré dans une culasse 13 du moteur 1 afin de minimiser la distance entre les soupapes d’échappement des cylindres 8 et le catalyseur 5. Le catalyseur 5 est ainsi positionné au voisinage d’une sortie d’échappement 3a de la culasse 13. Cette configuration permet une montée rapide en température du catalyseur en maximisant le nombre de calories disponibles pour le chauffage du catalyseur 5. En variante, il reste possible de placer le collecteur d’échappement 12 en dehors de la culasse 13. Le moteur 1 comprend en outre une unité électronique de commande 14 configurée pour commander les différents éléments du moteur 1 à partir de données recueillies par des capteurs à différents endroits du moteur. L’unité électronique de commande 14 comporte un module de calcul 15, un module de mesure 16 et un module de commande 17. Le module de mesure 16 est par exemple apte à recevoir les mesures issues des sondes de richesse 7a et 7b. Le module de commande 17 est par exemple apte à piloter le système d’injection de carburant et l’ouverture et la fermeture du boîtier-papillon 10 afin de régler la valeur de la richesse du mélange air-carburant du moteur 1 sur une valeur de consigne. La FIG. 3 illustre les différentes étapes d’un procédé de réglage de la richesse du moteur 1 selon un exemple de réalisation de l’invention. Le procédé est en particulier mis en œuvre au moyen d’une unité électronique de commande 14 du moteur 1. Le procédé commence par une étape 20 de modulation de la richesse à une première fréquence F1 prédéterminée et avec une amplitude de richesse A prédéterminée centrée autour d’une richesse moyenne Rmoy constante, de manière à réaliser une alternance de phases de fonctionnement du moteur en régime riche et en régime pauvre. Tel qu’indiqué précédemment, une telle alternance de phases de fonctionnement du moteur en régime riche et en régime pauvre permet de stimuler la conversion des polluants au sein du catalyseur 5 et ainsi d’augmenter l’efficacité de traitement des émissions polluantes. Par exemple, la valeur de richesse moyenne Rmoy a une valeur comprise entre 1,001 et 1,002, et de préférence est égale à 1,0015. Selon un exemple illustré sur les figures 4 à 6, la valeur de richesse moyenne Rmoy est égale à 1. De manière avantageuse, la valeur de l’amplitude de richesse A est ajustée en fonction du régime de rotation et de la charge du moteur 1. Selon un exemple de réalisation, le fonctionnement en régime riche et en régime pauvre du moteur est réalisé respectivement à une première richesse R1 constante et à une deuxième richesse R2 constante et plus faible que la première richesse R1 ( FIG. 4 ). L’écart entre la première richesse R1 et la deuxième richesse R2 correspond à l’amplitude de richesse A. Le procédé se poursuit par une étape 21 de suivi de la tension aux bornes de la sonde de richesse binaire 7b disposée à l’aval du catalyseur 5, et d’identification de pics de tension représentatifs d’une fuite lorsque la tension aux bornes de la sonde 7b atteint de manière répétée une tension de seuil prédéterminée supérieure à la tension nominale prédéterminée de la sonde 7b. Par exemple, la tension nominale prédéterminée peut avoir une valeur d’environ 700 mV et la tension de seuil prédéterminée peut avoir une valeur d’environ 850 mV. De préférence, le suivi de la tension aux bornes de la sonde 7b est réalisé sur des phases stabilisées de fonctionnement du moteur 1. Après l’étape 21 d’identification de pics de tension, l’unité électronique de commande 14 calcule une deuxième fréquence F2 représentative d’une fréquence d’apparition des pics de tension identifiés (étape 22). Par exemple, le calcul de la deuxième fréquence F2 est réalisé à partir d’une analyse fréquentielle du signal de tension aux bornes de la sonde 7b. Lors de l’étape 23 de comparaison suivante, on compare la deuxième fréquence F2 et la première fréquence F1. Si la valeur absolue de l’écart entre les deuxième et première fréquences F2, F1 est inférieure ou égale à une valeur de seuil ε prédéterminée, on réduit l’amplitude de richesse A, de manière à faire disparaître les pics de tension (étape 24). Si la valeur absolue de l’écart entre les deuxième et première fréquences F2, F1 est supérieure à la valeur de seuil ε prédéterminée, le procédé reprend à l’étape 21 de suivi de tension de la sonde 7b. Les figures 4 à 6 illustrent un exemple de mise en œuvre du procédé de la FIG. 3 . Il est à noter que des éléments identiques ou similaires portent les mêmes références, d’une figure à une autre. La FIG. 4 est un exemple de la modulation de richesse du moteur 1 associé à un catalyseur 5 neuf. La courbe 30 illustre la tension aux bornes de la sonde de richesse binaire 7b. La courbe 31 représente la variation dans le temps de la quantité d’oxygène stocké OS du catalyseur 5. La courbe 32 illustre la variation dans le temps de la richesse en amont du catalyseur 5 telle que mesurée par la sonde de richesse proportionnelle 7a. La richesse en amont du catalyseur 5 est pilotée par l’unité électronique de commande 14 pour réaliser une alternance de phases de fonctionnement du moteur en régime riche et en régime pauvre. L’alternance des phases de fonctionnement du moteur en régime riche et en régime pauvre est réalisée à une période dt équivalant à une fréquence F1 égale à 1/dt. Ici, on effectue des créneaux de richesse d’une amplitude A égale à 0,1 centrée autour d’une richesse moyenne Rmoy unitaire. Cette valeur de l’amplitude A permet de garder le niveau d’OS du catalyseur neuf en dehors des zones de fuite pauvre 33 et riche 34. Il est à noter que la valeur de l’amplitude A peut être ajustée en fonction du régime de rotation et de la charge du moteur 1 afin d’optimiser le traitement des émissions polluantes. La FIG. 5 met en évidence l’effet du vieillissement du catalyseur 5 sur la valeur d’OS dans le catalyseur. Tel qu’illustré sur la FIG. 5 , dans le cas d’un catalyseur vieilli l’OSC est plus réduit et les zones de fuite 33 et 34 sont plus rapprochées l’une de l’autre. En gardant la même modulation de fréquence F1 et d’amplitude A qu’à l’état neuf du catalyseur, on observe que l’OS rentre périodiquement dans la zone de fuite 34 et on observe l’apparition de pics de tension 35 aux bornes de la sonde 7b. L’analyse du signal de tension aux bornes de la sonde 7b montre que la fréquence d’apparition F2 des pics de tension 35 correspond à la fréquence F1 de la modulation de richesse. En effet, on constate la même période dt autant pour la modulation de richesse que pour l’apparition des pics de tension 35. La FIG. 6 montre l’effet d’une réduction de l’amplitude A de richesse sur la valeur d’OS dans le catalyseur 5 vieilli. Selon le procédé, on réduit l’amplitude de richesse A de manière à faire disparaître les pics de tension 35. Ici, on constate qu’une réduction de l’amplitude A de 0,06 permet de faire disparaître les pics de tension 35 et de remettre la valeur de l’OS du catalyseur 5 en dehors de la zone de fuite 34. Procédé de réglage de la richesse d’un moteur (1) à combustion interne à allumage commandé muni d’un catalyseur (5) de type trois voies configuré pour traiter des émissions polluantes du moteur (1), caractérisé en ce que le procédé comprend des étapes de : modulation de la richesse à une première fréquence (F1) prédéterminée et avec une amplitude de richesse (A) prédéterminée centrée autour d’une richesse moyenne (Rmoy) constante, de manière à réaliser une alternance de phases de fonctionnement du moteur en régime riche et en régime pauvre ; suivi de la tension aux bornes d’une sonde (7b) de richesse binaire disposée à l’aval du catalyseur (5) et identification de pics de tension (35) représentatifs d’une fuite lorsque la tension aux bornes de la sonde (7b) dépasse de manière répétée une tension de seuil prédéterminée supérieure à une tension nominale prédéterminée de la sonde (7b); calcul d’une deuxième fréquence (F2) représentative d’une fréquence d’apparition des pics de tension (35) identifiés; comparaison entre la deuxième fréquence (F2) et la première fréquence (F1); et réduction de l’amplitude de richesse (A) lorsque la valeur absolue de l’écart entre les deuxième et première fréquences (F2, F1) est inférieure ou égale à une valeur de seuil (ε) prédéterminée, de manière à faire disparaître les pics de tension (35). Procédé selon la revendication 1, dans lequel la richesse moyenne (Rmoy) a une valeur comprise entre 1,001 et 1,002, et de préférence est égale à 1,0015. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le suivi de la tension est réalisé sur des phases stabilisées de fonctionnement du moteur (1). Procédé selon l’une quelconque de revendications 1 à 3, dans lequel le fonctionnement en régime riche et en régime pauvre du moteur est réalisé respectivement à une première richesse (R1) constante et à une deuxième richesse (R2) constante, la deuxième richesse (R2) étant plus faible que la première richesse (R1), l’écart entre la première richesse et la deuxième richesse correspondant à l’amplitude de richesse (A). Procédé selon l’une quelconque de revendications 1 à 4, dans lequel l’amplitude de richesse (A) est ajustée en fonction du régime de rotation et de la charge du moteur (1). Procédé selon l’une quelconque de revendications 1 à 5, dans lequel le calcul de la deuxième fréquence (F2) est réalisé à partir d’une analyse fréquentielle du signal de tension aux bornes de la sonde (7b). Moteur (1) à combustion interne muni d’un catalyseur (5) de type trois voies configuré pour traiter des émissions polluantes du moteur (1), ledit moteur (1) comprenant en outre une unité électronique de commande (14) configurée pour mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6. Véhicule automobile équipé d’un moteur (1) selon la revendication 7.