Titre : Gestion du fonctionnement d’un catalyseur d’échappement d’un moteur à combustion interne

[0001] La présente divulgation concerne la gestion du fonctionnement d’un catalyseur d’échappement d’un moteur à combustion interne. Plus généralement, cette divulgation se rapporte au traitement des gaz d’échappement dans des moteurs pour véhicules automobiles, et plus particulièrement à la purge d’oxygène dans un catalyseur d’échappement de véhicule automobile, par exemple lors d’une reprise d’injection.

Domaine technique

[0002] La présente divulgation trouve des applications, en particulier, dans les systèmes de contrôle moteur pour les véhicules automobiles équipés de moteurs à injection directe de carburant.

Technique antérieure

[0003] Il est connu qu’un moteur à combustion interne de véhicule automobile, qu’il s’agisse d’un moteur à allumage commandé (dit moteur à essence) fonctionnant avec de l’essence comme carburant ou d’un moteur à allumage par compression (dit moteurs Diesel) fonctionnant avec du gazole comme carburant, génère des gaz polluants résultant de la combustion du mélange air-carburant correspondant dans un ou des cylindres du moteur. Ces gaz polluants comprennent en particulier les hydrocarbures imbrûlés (ou HC), le monoxyde de carbone (CO) et des oxydes d'azote (NOx, mis pour NO qui désigne le monoxyde d’azote et pour NO2 qui désigne le dioxyde d’azote). Les HC et le CO sont produits, essentiellement, suite à une combustion incomplète du carburant généralement due à un manque d'oxygène dans le mélange, et ce phénomène touche plus les moteurs à essence que les moteurs Diesel. Bénéficiant d’une combustion plus complète, un moteur Diesel est en effet plus concerné par l’émission des NOx.

[0004] Afin de limiter le rejet de ces gaz polluants dans l’atmosphère, il est maintenant courant d’équiper un système d’échappement d’un véhicule automobile à essence avec un pot catalytique ou catalyseur d'échappement. Un catalyseur d’échappement à trois voies permet de traiter les trois polluants identifiés ci-dessus (c’est-à-dire les HC, le CO, et les NOx) à la fois. La fonction du catalyseur d'échappement est de diminuer la pollution dans l'environnement en réduisant ou en détruisant les gaz polluants résultant de la combustion imparfaite du mélange air-carburant dans les cylindres du moteur, grâce à une réaction chimique de catalyse. Pour un moteur à essence, le catalyseur d'échappement transforme le CO et le NO2 en substance non polluante. Pour un moteur Diesel, le catalyseur d'échappement convertit le CO et les HC en dioxyde de carbone et en eau. Le catalyseur d'échappement est efficace à haute température, et c’est pourquoi il est placé très près du moteur afin de chauffer et atteindre rapidement sa température de fonctionnement idéale.

[0005] L’efficacité du traitement dans le catalyseur est maximum à richesse 1 , c’est-à-dire à richesse égale à l’unité, c’est-à-dire pour un mélange gaz-oxygène qui respecte la proportion stoechiométrique. Ceci découle directement des lois de conservation de la nature, c’est-à-dire de la conservation des atomes et de la conservation des charges électriques des atomes lors des transformations moléculaires résultant des réactions chimiques dans le catalyseur d’échappement.

[0006] Un mélange est dit pauvre (sa richesse est inférieure à 1) s’il contient une teneur en oxygène supérieure à la proportion stoechiométrique et qu’il est dit riche s’il contient une teneur en oxygène inférieure à ladite proportion stoechiométrique. Le mélange idéal est de 14,7g d’oxygène pour 1g de carburant (pour l’essence), aussi appelé "mélange stoechiométrique". Il permet de générer une combustion homogène et complète, faiblement polluante. Il permet aussi d'assurer le meilleur rendement du moteur se traduisant par une moindre consommation, au détriment toutefois de la puissance. En effet, l’obtention d’un maximum de puissance suppose un mélange riche. Un coefficient « lambda », mesuré par une sonde du même nom et classiquement représentée par la lettre grecque correspondante (À), permettant de déterminer la richesse. Ce coefficient est l’inverse de la richesse telle qu’exprimée de la manière indiquée plus haut. Dit autrement, le rapport est idéal lorsque lambda=1 , alors que le mélange est pauvre si lambda>1 et qu’il est riche si lambda<1. La puissance maximum du moteur est obtenue avec un dosage riche et se situe vers lambda=0,86.

[0007] Des règlementations en vigueur à travers le monde, notamment les normes européennes d'émission dites " normes Euro ", fixent des limites maximales autorisées du rejet de gaz polluants par les véhicules neufs, avec pour objectif de réduire la pollution atmosphérique due au transport routier. Ces " normes Euro " se succèdent, en étant numérotées de manière croissante, et diffèrent entre les différents types de moteurs et de véhicules mais la tendance constante est qu'elles sont de plus en plus strictes. Afin de respecter ces normes toujours plus contraignantes, il convient d'améliorer évidemment les performances des moteurs dans toutes les phases de fonctionnement des véhicules automobiles, afin d'obtenir le maximum de puissance mécanique avec le minimum de carburant consommé. Toutefois cela ne suffit pas. Il convient également d'améliorer l'efficacité des systèmes de dépollution des gaz d'échappement dont le véhicule est équipé, en particulier du catalyseur d'échappement, en tenant compte notamment de la variation du régime moteur et de la composition variable des gaz d'échappement qui en résulte. [0008] Par exemple lors d'une coupure de l'injection dans le moteur d’un véhicule automobile, qui peut être consécutive à une commande de décélération du véhicule par le conducteur, le moteur envoie de l’air frais dans le catalyseur d’échappement, c’est-à-dire de l’air non mélangé à du carburant. Le catalyseur d’échappement se charge alors en oxygène (O2). À la reprise de l’injection, le mélange dans le catalyseur est donc encore relativement pauvre, en raison de la portion de cet oxygène restant dans le catalyseur d’échappement. Dans ces conditions, les HC et le CO sont bien consommés par le catalyseur d’échappement mais les NOx ne sont pas traités à 100%. Tout cela dure le temps que le catalyseur d’échappement revienne à richesse 1 , du fait de la consommation progressive de l’oxygène dans ce catalyseur, c’est-à-dire le temps de purger l’oxygène en excès accumulé dans le catalyseur d’échappement pendant la coupure d’injection.

[0009] Le document FR3107085 divulgue un procédé de purge d’oxygène, à la reprise d’injection, dans un catalyseur d’échappement de véhicule automobile équipé d’un moteur à combustion interne à injection directe et à allumage commandé, comprenant l’injection d’essence à l’échappement, dans au moins un cylindre et pour au moins un cycle à quatre temps dudit cylindre durant la phase d’échappement dudit cycle, en réponse à la détermination d’une reprise d’injection terminant une séquence de fonctionnement du moteur avec coupure d’injection.

[0010] Ce document de l’art antérieur fournit une solution pour consommer rapidement l’oxygène dans le catalyseur lorsque le mélange dans le catalyseur est pauvre et permet ainsi de limiter la durée pendant laquelle ce mélange est pauvre. Ainsi, les émissions polluantes sont limitées puisque le catalyseur retrouve plus rapidement ses conditions optimales de fonctionnement.

Résumé

[0011] La présente divulgation vient encore améliorer la situation. Elle a pour but d’améliorer encore l’efficacité du fonctionnement d’un catalyseur d’échappement dans le contexte de la purge de l’oxygène qui s’est accumulé dans un catalyseur d’échappement, par exemple suite à une coupure d’injection consécutive à une commande de décélération du véhicule par son conducteur.

[0012] À cet effet, il est proposé un procédé de gestion du fonctionnement d’un catalyseur d’échappement d’un moteur à combustion interne présentant au moins un cylindre et une ligne d’échappement intégrant ledit catalyseur, ledit procédé comportant une étape de détermination de la capacité de stockage maximale en oxygène du catalyseur considéré.

[0013] Selon la présente divulgation, ce procédé comporte en outre les étapes suivantes : - détermination pour chaque cylindre du moteur et à chaque cycle de combustion d’une quantité d’oxygène, en excès ou en défaut, introduite dans la ligne d’échappement à partir de la quantité d’air et de la quantité de carburant introduites dans le cylindre considéré et de paramètres de fonctionnement du moteur,

- à partir de la détermination précédente, détermination de manière itérative de la quantité d’oxygène présente dans le catalyseur, cette quantité étant comprise entre 0 et la capacité de stockage maximale en oxygène du catalyseur considéré, et

- détermination de consignes d’injection pour un cycle de combustion à venir en fonction de la quantité d’oxygène présente dans le catalyseur et de paramètres de fonctionnement du moteur.

[0014] Selon ce procédé, la quantité d’oxygène présente dans le catalyseur est connue. On détermine ici pour chaque cylindre et chaque cycle moteur (avec ou sans combustion), d'une part, la quantité d’oxygène introduite dans la ligne d’échappement et, d'autre part, la quantité de carburant introduite dans cette ligne d’échappement. En faisant le bilan, le procédé détermine à chaque fois (c’est-à-dire par cylindre et pour chaque cycle correspondant dans un moteur dit à quatre temps à deux tours -ou 720°- de rotation du vilebrequin) si de l’oxygène est envoyé en excès ou en défaut dans la ligne d’échappement par rapport à un mélange stoechiométrique. On peut ainsi itérativement connaitre la quantité d’oxygène présente dans le catalyseur. Si de l’oxygène est envoyé en excès dans la ligne d’échappement, il va venir s’ajouter à l’oxygène déjà présent dans le catalyseur dans la limite (connue ou prédéterminée) de la capacité de stockage maximale de ce catalyseur et si de l’oxygène est envoyé en défaut dans la ligne d’échappement, de l’oxygène contenu dans le catalyseur va être consommé diminuant ainsi la quantité d’oxygène présent dans le catalyseur, cette quantité ne pouvant bien entendu pas être négative. Le fait alors de connaitre en temps réel la quantité d’oxygène dans le catalyseur permet d’adapter au mieux la quantité de carburant non brûlé à introduire dans la ligne d’échappement pour qu’il réagisse dans le catalyseur d’échappement avec l’oxygène qui y est présent. Les paramètres de fonctionnement du moteur doivent ici être pris en compte pour déterminer la quantité de carburant non brûlé à introduire dans la ligne d’échappement car il faut notamment s’assurer que les conditions sont remplies pour que le catalyseur d’échappement soit capable de réaliser la réaction chimique souhaitée.

[0015] Les paramètres de fonctionnement du moteur, également désignés « données d’entrée », peuvent être au moins un paramètre parmi les paramètres suivants : le statut du mode d’injection (injection de carburant ou coupure d’injection ?), OSC c’est-à-dire la capacité de stockage du catalyseur, soit encore la quantité maximale d’oxygène pouvant être stocké dans le catalyseur d’échappement, le débit massique d’air correspondant à la masse d’air introduite dans le cylindre considéré pour le cycle considéré, la masse de carburant injectée qui comprend, d'une part, une masse de carburant destinée à être brûlée et à fournir du couple et une masse de carburant injectée à l’échappement et qui passe dans le circuit d’échappement sans brûler dans la chambre de combustion considérée, une valeur lambda_mes fournie par une sonde lambda, cette mesure correspondant à l’inverse de la richesse mesurée du mélange, la valeur du régime du moteur thermique, la température du catalyseur d’échappement, l’état de fonctionnement de la vanne EGR, désignant la vanne de recirculation des gaz d’échappement (lorsque le véhicule comprend une vanne EGR), le déphasage entre les arbres à cames du moteur thermique, autrement dit, l’ouverture des soupapes d’admission et d’échappement de chaque chambre de combustion du moteur.

[0016] Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre, indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :

[0017] - pour déterminer la quantité d’oxygène introduite dans la ligne d’échappement, pour un cycle lors duquel du carburant est injecté dans le cylindre considéré, une quantité théorique d’oxygène en excès ou en défaut est calculée à partir d’une valeur de consigne d’une valeur lambda correspondant à l’inverse de la richesse du mélange air/carburant pénétrant dans le cylindre, et ladite valeur théorique correspond au produit de la masse d’air introduite dans le cylindre avec la concentration en oxygène de cette masse d’air et avec la différence entre la valeur de consigne de lambda et la valeur de consigne de lambda correspondant à une combustion ne fournissant pas d’oxygène à l’échappement ;

[0018] - pour déterminer la quantité d’oxygène introduite dans la ligne d’échappement, pour un cycle lors duquel du carburant est injecté dans le cylindre considéré, une quantité corrective d’oxygène en excès ou en défaut est calculée à partir d’une valeur de consigne filtrée d’une valeur lambda correspondant à l’inverse de la richesse du mélange air/carburant pénétrant dans le cylindre, et ladite valeur corrective correspond au produit de la masse d’air introduite dans le cylindre avec la concentration en oxygène de cette masse d’air et avec la différence entre la valeur de consigne filtrée de lambda et la valeur de lambda mesurée ; [0019] - pour déterminer la quantité d’oxygène introduite dans la ligne d’échappement, pour un cycle lors duquel du carburant est injecté dans le cylindre considéré, une quantité d’oxygène consommé est calculée à partir d’une masse de carburant injectée à l’échappement, c’est-à-dire injectée de telle sorte qu’elle ne brûle pas et passe directement dans la ligne d’échappement, et ladite valeur d’oxygène consommé correspond à la masse d’oxygène nécessaire pour réaliser une combustion de ladite masse de carburant dans des conditions stoechiométriques ;

[0020] - pour déterminer la quantité d’oxygène introduite dans la ligne d’échappement pour un cycle lors duquel l’injection de carburant est désactivée, ladite quantité d’oxygène est calculée en multipliant la masse d’air introduite dans le cylindre par la concentration en oxygène de cette masse d’air ;

[0021] - les consignes d’injection peuvent comporter soit l’injection de carburant dans le cylindre pour réaliser une combustion et produire un couple moteur, soit l’injection de carburant à l’échappement puis l’injection de carburant dans le cylindre pour réaliser une combustion, soit l’injection de carburant à l’échappement sans injection de carburant pour réaliser une combustion, soit une coupure de l’injection ;

[0022] - les paramètres suivants sont pris en compte pour déterminer les consignes d’injection : le catalyseur d’échappement est en cours de chauffe, la température du catalyseur d’échappement, la quantité d’oxygène présente dans le catalyseur d’échappement, le gradient de ladite quantité d’oxygène, le débit dans la ligne d’échappement et la capacité de stockage maximale en oxygène du catalyseur d’échappement.

[0023] Selon un autre aspect, il est proposé un programme informatique comportant des instructions pour la mise en œuvre d’un procédé présenté ci-dessus lorsque ce programme est exécuté par un processeur, notamment un processeur d’une unité de contrôle électronique d’un moteur à combustion interne.

[0024] Selon un autre aspect, il est proposé un support d’enregistrement non transitoire lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme pour la mise en œuvre d’un procédé présenté ci-dessus lorsque ce programme est exécuté par un processeur.

Brève description des figures

[0025] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse du dessin annexé, sur lequel :

Fig. 1 [0026] [Fig. 1] est un schéma simplifié d’un moteur à combustion interne à injection directe, avec ses moyens d’alimentation et avec sa ligne d’échappement, auquel les modes de réalisation de l’invention peuvent être appliqués.

Fig. 2

[0027] [Fig. 2] est un schéma, en coupe, d’un cylindre du moteur de la figure 1.

Fig. 3

[0028] [Fig. 3] est un schéma de principe global d’un procédé de gestion du fonctionnement du catalyseur de la figure 1 selon une forme de réalisation de la présente divulgation.

Fig. 4

[0029] [Fig. 4] montre plus en détail une étape du procédé de la figure 3.

Fig. 5

[0030] [Fig. 5] montre plus en détail une autre étape du procédé de la figure 3.

Description des modes de réalisation

[0031] Les modes de réalisation seront décrits en référence à un moteur à essence, i.e., un moteur à allumage commandé, auquel le principe de la présente divulgation et les modes de réalisation proposés s’appliquent. Également, les exemples montrés correspondent à un moteur à quatre cylindres et à huit soupapes (à savoir une soupape d’admission et une soupape d’échappement par cylindre) mais cette divulgation n’entend pas être limitée à ces exemples. Elle peut en effet s’appliquer, également, à un moteur à quatre cylindres à douze ou à seize soupapes, par exemple, aussi bien qu’à un moteur à un, deux, trois, cinq, six ou huit cylindres, ou plus encore.

[0032] En référence au schéma de la figure 1 , un moteur à combustion interne 1 de véhicule automobile comprend un bloc-moteur 2, par exemple en fonte, avec des cylindres 3 creux formés par moulage dans le bloc-moteur 2. Dans l’exemple tel que montré à la figure 1 , le moteur comprend quatre tels cylindres 3. Les moyens d’alimentation du moteur (en air et en essence) sont représentés sur la gauche du moteur, à la figure. La ligne d’échappement est représentée à droite.

[0033] L'alimentation en essence du moteur, qui consiste à acheminer (directement ou un peu en amont) de l’essence dans la chambre de combustion des cylindres, est ici réalisée par un dispositif d'injection directe d’essence à commande électronique. L’injection d’essence a, dans le domaine automobile, progressivement remplacé l’alimentation par carburateur pour tous les types de moteurs au cours des années 1970-80, pour des raisons de meilleur rendement du moteur afin d’adresser les problèmes soulevés par la pollution atmosphérique et de respecter les normes anti-pollution émergentes, surtout avec l’utilisation de calculateurs électroniques d’injection.

[0034] Dans le cas d’un moteur à injection directe comme représenté à la figure 1 , de l’essence est directement pulvérisée dans la chambre de combustion de chaque cylindre 3 au moyen d’un injecteur 4 pour chacun des quatre cylindres 3. Ces quatre injecteurs 4 sont agencés, et adaptés pour pulvériser du carburant (essence) directement dans la chambre de combustion des cylindres 3, sous la commande d’un calculateur, ou calculateur d’injection 100. Le calculateur 100 peut être le calculateur de contrôle moteur (ou ECU, de l’anglais « Engine Control Unit »), ou être compris dans cet ECU. Un mélange air-carburant est réalisé directement dans ladite chambre de combustion, avec de l’air admis par l’intermédiaire d’un collecteur d’admission d’air 15, via un papillon des gaz 16. Cet air admis apporte l’oxygène nécessaire à la combustion du carburant dans la chambre de combustion des cylindres. Le papillon des gaz 16 permet au conducteur de commander l’accélération du moteur via une plus grande ouverture du papillon (laissant entrer plus d’air) ou, inversement, la décélération du moteur via une moindre ouverture du papillon (laissant entrer moins d’air). Le calculateur d’injection 100 dose la quantité de carburant injecté, en fonction de la position du papillon des gaz 16 qui résulte de la commande du conducteur par l’intermédiaire de la pédale d’accélération du véhicule, de la charge et du régime du moteur, de manière à respecter sensiblement la proportion stoechiométrique (richesse plus ou moins égale à 1 , essentiellement selon la charge du moteur, et selon d’autres paramètres comme la température en cas de démarrage à froid par exemple). Plus la quantité de mélange formé et brûlé dans les cylindres est importante, plus le moteur tourne vite, et réciproquement.

[0035] Les injecteurs 4 sont alimentés en carburant sous pression par une rampe d’injection, par exemple une rampe d’injection 17 commune aux quatre cylindres 3, avec du carburant prélevé dans le réservoir de carburant 5 par une pompe 6. Dans l’exemple représenté, cette pompe 6 est une pompe immergée mais cela n’est pas obligatoire. Le carburant est maintenu dans la rampe d’injection 17 à une haute pression de valeur déterminée, par un régulateur de pression 7.

[0036] Les gaz brûlés dans les cylindres 3 sont collectés et traités par un circuit d’échappement 10, ou ligne d’échappement, avant d’être rejetés et mis dans l’atmosphère. Le circuit d’échappement 10 comprend, en chaîne, un collecteur d’échappement 11 , un catalyseur d’échappement 12 et un pot d’échappement 13. Dans l’exemple représenté, le pot d’échappement 13 est réduit à un silencieux mais il peut aussi comprendre, en plus du silencieux, un pot de détente ou pot intermédiaire, en amont du silencieux dans la chaîne d’échappement. Le catalyseur d’échappement 12 peut être un convertisseur catalytique à trois voies (TWC), adapté pour traiter les hydrocarbures imbrûlés (HC), le monoxyde de carbone (CO) et les oxydes d’azote (NOx) dont le monoxyde d’azote (NO) et le dioxyde d’azote (NO2).

[0037] Comme représenté maintenant à la figure 2 qui montre, en coupe, un cylindre 3 du moteur de la figure 1 , chaque cylindre 3 du moteur 1 comprend un piston 21 qui peut se déplacer longitudinalement par exemple selon la verticale (de bas en haut, et réciproquement) dans le cylindre 3. Dans ce mouvement alternatif, le piston 21 entraîne en rotation le vilebrequin 20 du moteur par l’intermédiaire d’une bielle 22.

[0038] Le volume intérieur du cylindre 3 qui est situé au-dessus du piston 21 constitue une chambre de combustion 25. Cette chambre de combustion 25 est hermétiquement fermée en haut par la culasse 14, en bas par le piston 21 doté d’une série de trois joints annulaires superposés appelés « segments », et sur les côtés par les parois du cylindre 3.

[0039] Cependant, au moins une soupape d’admission 26 et au moins une soupape d’échappement 27 peuvent ouvrir la chambre de combustion 25 vers le collecteur d’admission d’air 15 ou vers le collecteur d’échappement 11 , respectivement, pour l’admission d’air frais ou pour l’échappement de gaz brûlés, respectivement. Le mouvement des soupapes d’admission et des soupapes d’échappement est commandé, de façon coordonnée, par un dispositif de distribution (non représenté) du moteur.

[0040] Dans la forme de réalisation illustrée, I’injecteur 4 est agencé à travers la culasse 14 de manière que sa buse d’injection débouche directement dans le haut de la chambre de combustion 25, de manière adjacente à la soupape d’admission 26 et à la soupape d’échappement 27.

[0041] En outre, s’agissant ici d’un moteur à essence, une bougie d’allumage 8 est agencée à travers la culasse 14 de telle sorte que sa tête de bougie débouche dans le haut de la chambre de combustion 25, de manière adjacente à la soupape d’admission 26 et à la soupape d’échappement 27, et à l’injecteur 4. La bougie d’allumage 8 est adaptée pour, et commandée de manière à, produire une étincelle qui provoque une inflammation d’un mélange air-carburant au bon moment du cycle du mouvement alternatif du piston 21. Cette étincelle, qui se produit juste un peu avant le moment où la compression du mélange est maximale en raison de la position du piston dans le haut du cylindre 3, provoque une explosion du mélange dans la chambre de combustion 25. Cette explosion repousse brutalement le piston 21 vers le bas, ce mouvement de translation étant transformé en un couple moteur rotatif au niveau du vilebrequin 20 par la bielle 22. [0042] La figure 3 illustre un procédé permettant de gérer le fonctionnement d’un catalyseur tel le catalyseur d’échappement 12 de la figure 1. Le but de ce procédé est de limiter au mieux l’émission de gaz polluants par le moteur.

[0043] En effet, lors d'une coupure de l'injection dans le moteur d’un véhicule automobile, qui peut être par exemple consécutive à une commande de décélération du véhicule par le conducteur, le moteur envoie de l’air frais dans le catalyseur d’échappement, c’est-à-dire de l’air non mélangé à du carburant. Le catalyseur d’échappement 12 se charge alors en oxygène (O2). À la reprise de l’injection, le mélange dans le catalyseur d’échappement 12 est donc encore relativement pauvre, en raison de la portion de cet oxygène restant dans le catalyseur d’échappement 12. Dans ces conditions, les HC et le CO sont bien consommés au sein du catalyseur d’échappement 12 mais les NOx ne sont pas traités à 100%. Ainsi, suite à une coupure d’injection par exemple, il faut attendre d’avoir consommé tout l’oxygène présent dans le catalyseur d’échappement 12 par traitement des HC et des CO pour arriver à un traitement optimal des NOx.

[0044] Le procédé ci-après propose de manière originale de faire le bilan de l’oxygène entrant dans le catalyseur d’échappement 12 et de celui qui y est consommé pour optimiser la gestion du fonctionnement de ce catalyseur et permettre de limiter le plus possible le temps pendant lequel le traitement des NOx n’est pas optimal.

[0045] La figure 3 résume une forme de réalisation d’un procédé de gestion proposé par la présente divulgation. Au cœur de ce procédé, se trouve une étape O2_model qui établit un bilan entrée/sortie de l’oxygène au sein du catalyseur d’échappement. Cette étape est mise en œuvre pour chaque cylindre 3 et pour chaque cycle de combustion (correspondant donc à deux tours de vilebrequin 20 pour un moteur quatre temps). La figure 4 montre plus en détail cette étape. Pour la mise en œuvre de cette étape il convient de connaître plusieurs paramètres. Ainsi, comme illustré sur la figure 3, l’étape O2_model se base sur la capacité de stockage d’oxygène (OSC) du catalyseur d’échappement 12 considéré. Cette étape O2_model décrite ultérieurement utilise aussi des données Lambda_SP données par le calculateur d’injection, des données M_Air correspondant à la masse d’air pénétrant dans le cylindre 3 considéré et des données Fuel_SP correspondant à la valeur de consigne de la masse de carburant injectée dans le cylindre et aussi des données correspondant à la dernière injection Inj qui a été réalisée.

[0046] L’étape O2_model fournit alors des indications au calculateur d’injection 100 pour que celui-ci puisse calculer des consignes d’injection Fuel_SP et Start_SP après mise en œuvre d’une étape Comb_mode plus détaillée sur la figure 5. [0047] Le procédé de la figure 3 prévoit la détermination d’une donnée OSC qui correspond à la capacité de stockage en oxygène du catalyseur d’échappement 12. Il est connu déjà de déterminer cette valeur OSC qui est un indicateur du taux de vieillissement du catalyseur. Une alerte peut être générée lorsque le catalyseur d’échappement doit être changé. Pour déterminer la valeur OSC, un diagnostic peut être réalisé. Une méthode consiste par exemple lors d’une coupure d’injection après une période de régime de fonctionnement sensiblement continu, à mesurer le temps que met une sonde lambda située en aval du catalyseur d’échappement pour détecter un mélange pauvre. En fonction de la masse d’air ayant circulé durant ledit temps dans le moteur, il est possible de déterminer alors la quantité d’oxygène pouvant être stockée dans le catalyseur d’échappement 12.

[0048] La figure 4 illustre une étape de détermination de la quantité d’oxygène présente dans le catalyseur d’échappement 12. Pour mettre en œuvre cette étape O2_model, il convient d’avoir des données d’entrée I N_O2 et cette étape fournit en sortie OUT une valeur O2_model_lim. Pour déterminer cette valeur finale, des valeurs O2_model_n sont calculées itérativement. On suppose que O2_model_0 vaut 0 (zéro).

[0049] Les valeurs en entrées IN_O2 pour l’étape de calcul itérative O2_model sont notamment les suivantes :

- le statut du mode d’injection (injection de carburant ou coupure d’injection ?),

- OSC c’est-à-dire la capacité de stockage du catalyseur, soit encore la quantité maximale d’oxygène pouvant être stocké dans le catalyseur d’échappement 12,

- le débit massique d’air et donc M_Air correspondant à la masse d’air introduite dans le cylindre 3 considéré pour le cycle considéré,

- la masse de carburant injectée qui comprend, d'une part, une masse de carburant destinée à être brûlée et à fournir du couple et une masse de carburant MFF_Ex injectée à l’échappement et qui passe dans le circuit d’échappement 10 sans brûler dans la chambre de combustion 25 considérée,

- une valeur lambda_mes fournie par une sonde lambda, cette mesure correspondant à l’inverse de la richesse mesurée du mélange,

- éventuellement d’autres données selon les moteurs, par exemple des données concernant un recyclage des gaz d’échappement (pour moteur muni d’un système dit EGR).

[0050] Les données d’entrée IN_O2 correspondent donc à ce qui est appelé « paramètres de fonctionnement du moteur ».

[0051] Pour déterminer la quantité O2_model_lim, il convient tout d’abord de déterminer (étape Inj ?) si du carburant est injecté (ou plus généralement) introduit dans le moteur, notamment ici dans la chambre de combustion 25 du cylindre 3 considéré. Si l’injection est coupée (réponse 0) le calcul sera différent qu’en cas d’injection active (réponse 1).

[0052] En l’absence d’injection, tout l’air entrant dans le moteur en ressort par le circuit d’échappement 10 et passe alors dans le catalyseur d’échappement 12. L’oxygène contenu dans cet air est alors stocké dans ce catalyseur. L’oxygène fourni au catalyseur correspond donc à la masse d’air fournie multipliée par la concentration en oxygène CC_O2 de cet air, soit :

M_Air * CC_O2

Cette quantité vient alors s’ajouter à la quantité d’air déjà présente dans le catalyseur et déterminée à l’itération précédente. On a donc ainsi :

O2_model_n = O2_model_(n-1) + M_Air * CC_O2.

[0053] Naturellement, le catalyseur ne peut pas contenir une quantité négative d’oxygène et inversement il ne peut pas contenir plus d’oxygène que sa capacité. Ainsi, si la valeur O2_model_n devait être négative, la valeur en sortie O2_model_lim serait nulle. De même, si cette valeur O2_model_n devait devenir supérieure strictement à OSC, la valeur en sortie O2_model_lim prendrait la valeur OSC comme indiqué dans le cadre correspondant à une sous-étape LIM sur la figure 4.

[0054] Dans le cas où du carburant est injecté au niveau du cylindre 3 considéré, il faut prendre en compte à la fois le carburant qui est brûlé dans le cylindre et le carburant qui passe dans le circuit d’échappement 10 sans combustion.

[0055] Il est proposé de calculer une quantité d’oxygène théorique O2_Th qui est issue des valeurs de consigne fournies au système d’injection pour la combustion considérée. Cette valeur théorique donne déjà une très bonne approximation de l’oxygène (en excès ou en défaut, c’est-à-dire une quantité qui sera respectivement positive ou négative) fourni au catalyseur d’échappement. Si la quantité déterminée est positive, le catalyseur accumule un peu plus d’oxygène, si au contraire la quantité déterminée est négative, de l’oxygène présent dans le catalyseur sera consommé pour oxyder des HC ou du CO.

[0056] Ladite quantité d’oxygène théorique O2_Th est déterminée notamment à partir de la valeur de consigne lambda_SP fournie par le calculateur d’injection 100. Cette valeur peut correspondre à une richesse (on rappelle que la richesse correspond à l’inverse de la valeur lambda) différente de 1 selon les performances recherchées notamment.

[0057] En comparant alors la valeur de consigne lambda_SP avec une valeur lambda_bas qui fournit dans les conditions données une valeur lambda valant 1 , on obtient avec la quantité d’air introduite dans le cylindre 3 considéré et la concentration CC_O2 de cet air la valeur théorique recherchée. Toutefois, un terme correctif appelé ici « delta » doit être pris en compte pour tenir compte de l’oxygène « perdu » lors de la combustion. Une cartographie donnant delta en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur est connue et le plus souvent implémentée dans un système informatique à bord d’un véhicule automobile. En conclusion, on obtient la valeur théorique d’oxygène (positive ou négative) apportée par une combustion dans le cylindre 3 considéré avec la formule suivante : O2_Th = M_Air * CC_O2 * (lambda_SP - lambda_bas - delta)

On remarque que, de manière générale, la valeur de CC_O2 est de 23% (ou 0,23). Toutefois, en cas de recyclage de gaz d’échappement, cette valeur CC_O2 peut être amenée à varier.

[0058] Comme dans un moteur, ou plus généralement tout système, les valeurs de consigne ne sont pas scrupuleusement respectées (du fait des inévitables tolérances de fabrication propres à chaque système) il est proposé ici d’apporter un terme correctif O2_Cor à la valeur théorique qui vient d’être calculée. Cette valeur corrective est basée sur une mesure faite par une sonde lambda (fournissant une valeur lambda_mes) associée au catalyseur d’échappement 12 en amont de celui-ci. La valeur mesurée lambda_bas est comparée à une valeur filtrée lambda_SP_fil de la consigne donnée par le calculateur d’injection 100 concernant la valeur de lambda à atteindre. Il convient notamment d’utiliser une valeur filtrée car la valeur mesurée lambda_mes ne peut pas correspondre au gaz d’échappement résultant d’une combustion dans un seul cylindre. Une adaptation (un filtrage) est donc nécessaire. On compare alors la valeur de lamba fournie par la sonde lambda à la valeur filtrée de la consigne donnée par le calculateur d’injection pour obtenir alors le terme correctif suivant :

O2_Cor = M_Air * CC_O2 * (lambda_mes - lambda_SP_fil).

[0059] Cette valeur corrective est déterminée si un système de contrôle de combustion est actif dans le moteur. Dans le cas contraire, cette valeur corrective est nulle.

[0060] Enfin, il faut tenir compte du carburant injecté de telle sorte qu’il se retrouve sans avoir brûlé dans le circuit d’échappement 10 et se retrouve donc dans le catalyseur d’échappement 12 sous forme de HC. Il ne s’agit pas ici de carburant injecté en excès avant l’allumage et qui n’aurait pas brûlé car ce carburant imbrûlé est pris en compte dans la détermination O2_Th. Le carburant considéré ici est injecté spécialement en vue de « consommer » de l’oxygène du catalyseur et la valeur déterminée ici correspond à une quantité en défaut d’oxygène (valeur négative).

[0061] Le document FR3107085 décrit un procédé de purge d’oxygène, à la reprise d’injection, dans un catalyseur d’échappement de véhicule automobile équipé d’un moteur à combustion interne à injection directe et à allumage commandé, comprenant l’injection d’essence à l’échappement, dans au moins un cylindre et pour au moins un cycle à quatre temps dudit cylindre durant la phase d’échappement dudit cycle, en réponse à la détermination d’une reprise d’injection terminant une séquence de fonctionnement du moteur avec coupure d’injection. Il est fait référence à ce document pour donner un exemple de manière d’injecter du carburant à l’échappement, c’est-à-dire introduire dans le moteur du carburant qui passe dans le circuit d’échappement sans combustion (cf. notamment pages 12 à 20 de ce document et les revendications).

[0062] Ainsi ici il est prévu d’injecter du carburant non pas lorsque de l’air frais est comprimé dans le cylindre 3 considéré mais lorsque la soupape d’échappement 27 est ouverte (ou va s’ouvrir). La quantité de carburant injectée dans ces conditions est appelée MFF_Ex et elle induit une quantité d’oxygène (en défaut) O2_MFF_Ex. Cette quantité d’oxygène correspond à la quantité d’oxygène nécessaire pour réaliser une combustion dans des conditions stoechiométriques. Il convient donc pour déterminer cette quantité de connaitre le rapport masse d’air / masse de carburant (appelé ici A/F) correspondant. Pour de l’essence « normale », ce rapport est de 14,7 comme le sait l’homme du métier. Toutefois, en fonction du carburant contenant plus ou moins de bio-carburant, ce rapport peut changer.

[0063] Au final, on a donc la formule suivante :

O2_MFF_Ex = - MFF_Ex * A/F * CC_O2 (on remarquera le signe « - » dans cette expression)

[0064] En conclusion, dans le cas où l’injection dans le moteur est active, on détermine itérativement :

O2_model_n = O2_model_(n-1) + O2_Th + O2_Cor + O2_MFF_Ex.

[0065] Cette valeur passe alors par la sous-étape LIM expliquée plus haut pour obtenir la valeur en sortie O2_model_lim qui correspond soit à O2_model_n, soit à OSC si O2_model_n est supérieure à OSC et à 0 si O2_model_n est négative.

[0066] La valeur O2_model_lim est alors utilisée pour gérer la combustion du moteur et permettre de consommer au plus vite l’oxygène disponible dans le catalyseur d’échappement pour permettre de retrouver une richesse 1 après une période de coupure d’injection et ainsi limiter au mieux l’émission de NOx. La figure 5 illustre un exemple de procédé de détermination de paramètres de combustion (Comb_Mode) mettant en œuvre la valeur O2_model_lim issue de l’étape illustrée sur la figure 4. Il s’agit ici de déterminer s’il est possible de purger de l’oxygène hors du catalyseur d’échappement 12 et d’optimiser cette purge. Avec ces paramètres de combustion, comme il ressort ci-après, des consignes d’injection peuvent être définies. Elles peuvent correspondre soit à l’injection de carburant dans le cylindre (3) pour réaliser une combustion et produire un couple moteur, soit à l’injection de carburant à l’échappement puis l’injection de carburant dans le cylindre pour réaliser une combustion, soit à l’injection de carburant à l’échappement sans injection de carburant pour réaliser une combustion, soit à une coupure de l’injection. Le cas d’une injection de carburant à l’échappement sans injection de carburant dans le cylindre pour réaliser une combustion, non évoqué plus haut, correspond par exemple à une phase d’arrêt du moteur. Dans ce cas, des hydrocarbures imbrûlés restent en amont du catalyseur d’échappement pour réagir plus tard, lors du redémarrage du moteur.

[0067] Pour la mise en œuvre de ce procédé Comb_Mode, on retrouve aussi des données d’entrée IN_comb qui peuvent correspondre aux données d’entrées IN_O2 avec en plus la valeur O2_model_lim. On trouve aussi dans IN_comb des indications concernant le fonctionnement du moteur, par exemple la température du catalyseur d’échappement 12.

[0068] Il convient ici de connaître le mode de fonctionnement (Fonc_mode) du moteur. Ceci est déterminé en fonction de certains paramètres mesurés à l’aide de capteurs ou calculés à partir de telles mesures. Il s’agit ici de déterminer au préalable des modes de fonctionnement pour lesquels il ne sera pas possible de réaliser une purge de l’oxygène dans le catalyseur d’échappement 12. Par exemple, on prévoit que pendant la phase de fonctionnement du moteur au cours de laquelle le catalyseur d’échappement monte en température pour fonctionner de manière optimale, aucune purge ne sera réalisée. On détermine alors un paramètre PF qui prend la valeur 0 si aucune purge ne doit être réalisée et la valeur 1 si au contraire une purge peut être réalisée.

[0069] Parallèlement, à partir de la valeur O2_model_lim qui a été déterminée, on détermine un paramètre PO2 qui vaut 0 si aucune purge ne doit être réalisée et qui vaut 1 s’il est souhaitable de réaliser une purge d’oxygène dans le catalyseur d’échappement 12.

[0070] Pour la détermination du paramètre PO2, plusieurs critères peuvent être pris en compte. La liste donnée ci-après n’est pas exhaustive et des critères donnés ici peuvent ne pas être pris en compte sans sortir du cadre de la présente divulgation.

[0071] Ainsi par exemple, on tiendra tout d’abord compte de la valeur de O2_model_lim. En effet, si cette valeur est nulle, aucune purge ne sera envisagée. Pour des valeurs non nulles de O2_model_lim, on considérera de préférence la valeur de O2_model_lim en corrélation avec les variations de cette valeur, ou autrement dit en considérant aussi le gradient de O2_model_lim. En effet, si la valeur O2_model_lim varie rapidement, il faudra tenir compte d’une inévitable inertie existant pour tout phénomène physique pour stopper assez tôt une purge du catalyseur d’échappement 12 et éviter de passer d’une situation d’un mélange pauvre à un mélange riche mais d’arriver rapidement à une richesse 1. [0072] Un autre critère à prendre en compte pour déterminer PO2 peut être aussi le débit de gaz dans le circuit d’échappement et/ou la température du catalyseur. Par exemple, si ledit débit est élevé et que la température du catalyseur est plutôt faible, en dessous de sa plage de fonctionnement optimale, le catalyseur ne sera alors pas en mesure de traiter une grande quantité de carburant non brûlé qui lui arriverait. Il est donc préférable de différer la purge en oxygène du catalyseur.

[0073] Enfin, si le catalyseur est très vieilli, avec une faible capacité de stockage, il n’est plus capable de fonctionner dans de bonnes conditions. Il peut alors être préférable d’inhiber le mode de purge d’oxygène dans le catalyseur. Dans un tel cas, on prévoit de préférence de créer une alerte à destination du conducteur du véhicule lui indiquant que son catalyseur doit être changé rapidement.

[0074] Ici aussi, si une purge de l’oxygène peut être envisagée en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur, la valeur de PO2 sera 1 et 0 sinon.

[0075] En multipliant PF avec PO2, on obtient une valeur qui indique si une purge peut ou non être envisagée. Si aucune purge n’est à réaliser (PF * PO2 = 0) une combustion « normale » est réalisée, c’est-à-dire que le carburant injecté dans le moteur est destiné à produire un couple moteur sur le vilebrequin 20 (mode TQ_comb) tandis que si une purge peut (doit) être réalisée, on peut prévoir à la fois une combustion dans le moteur pour produire un couple moteur sur le vilebrequin 20 et une injection de carburant à l’échappement, appelé sur la figure 5 mode MFF + TQ_comb.

Application industrielle

[0076] Les présentes solutions techniques peuvent trouver à s’appliquer notamment à la gestion du fonctionnement d’un catalyseur d’échappement.

[0077] Le fait de connaître l’oxygène restant dans le catalyseur en temps réel permet de mieux gérer sa consommation et d’optimiser celle-ci pour, à partir d’une situation où le mélange présent dans le catalyseur est pauvre (excès d’oxygène), arriver rapidement à une situation dans laquelle la richesse du mélange dans le catalyseur vaut 1.

[0078] La solution proposée permet aussi de prendre en compte le vieillissement du catalyseur d’échappement et ainsi d’optimiser le traitement des NOx et du CO sur toute la vie du catalyseur.

[0079] La présente divulgation participe ainsi à limiter encore les émissions polluantes d’un moteur en permettant au catalyseur d’échappement d’un moteur de travailler à nouveau dans des conditions optimales lorsque le mélange au sein du catalyseur ne présente plus une richesse 1 , après une coupure d’injection par exemple. [0080] La présente divulgation ne se limite pas à l’exemple de réalisation préféré et les variantes évoquées décrits ci-avant, seulement à titre d’exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l’homme de l’art dans le cadre de la protection recherchée.