D'UN BALAYAGE D'AIR

[0001 ] L'invention porte sur un procédé de réglage de la consigne de richesse d'une sonde lors d'un balayage d'air en tenant en compte d'un impact du balayage d'air sur la consigne de richesse de la sonde, cette sonde étant avantageusement une sonde disposée en sortie du moteur ou de la turbine pour un moteur turbocompressé, par exemple en amont d'un catalyseur présent dans la ligne d'échappement, amont étant pris selon la direction d'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne. [0002] La présente invention est de préférence adaptée à un moteur thermique à allumage commandé à carburant essence et suralimenté. La dénomination essence inclut un mélange à base d'essence, de l'éthanol ou du GPL. Ceci n'est pas limitatif et la présente invention peut être adaptée à toute motorisation.

[0003] En se référant à la figure 1 , il est montré un moteur thermique 1 turbocompressé avec une turbine 2 en sortie du moteur. Un catalyseur 3 est présent sur la ligne d'échappement évacuant les gaz du moteur 1 , ce catalyseur 3 étant entouré par une sonde amont 4a et une sonde aval 4b. Le catalyseur 3 est avantageusement un catalyseur d'oxydoréduction. Cet ensemble est connu de l'état de la technique. La ligne d'échappement peut contenir un ou plusieurs autres éléments de dépollution sélectifs comme un filtre à particules, un piège à oxydes d'azote actif ou passif, ou pour une motorisation Diesel un système de réduction catalytique sélective.

[0004] Le fonctionnement du moteur est piloté par une unité de contrôle commande délivrant une consigne de richesse de carburant dans le moteur à l'entrée de chaque cylindre. Le procédé de réglage de la consigne de richesse d'une sonde lors d'un balayage d'air, la sonde étant dite sonde amont en étant disposée dans une ligne d'échappement en sortie d'un moteur thermique, s'effectue dans le moteur sur de l'air frais avec de l'air non brûlé passant dans la ligne.

[0005] Une régulation de richesse du mélange air/carburant dans le moteur peut donc être effectuée selon une consigne de richesse estimée à la sonde amont à partir d'une consigne de richesse prédéterminée au moteur et une richesse mesurée par la sonde amont. [0006] La sonde amont, avantageusement proportionnelle, est utilisée pour mesurer la richesse en amont du catalyseur et la réguler autour d'une consigne fixée par l'unité de contrôle commande du moteur thermique. La plupart du temps, cette consigne au niveau de la sonde est obtenue par l'utilisation d'un modèle représentant le comportement du système et de la sonde lorsque la consigne de richesse au moteur, plus précisément la consigne de richesse au niveau d'au moins un cylindre du moteur déterminée par l'unité de contrôle commande, est modifiée.

[0007] La difficulté principale de détermination d'une consigne de richesse à la sonde est qu'il existe typiquement un temps mort variable entre la consigne de richesse au moteur et la consigne de richesse à la sonde ainsi qu'un temps de réponse variable de la sonde en fonction des conditions de fonctionnement du moteur, par exemple du débit de gaz d'échappement. Pour compenser le temps de retard et le temps de réponse, un modèle interne est le plus souvent utilisé pour représenter le temps de transfert des gaz du moteur à la sonde ainsi que le temps de réponse de la sonde. Un tel modèle est utilisé pour convertir la consigne de richesse à l'injecteur en consigne de richesse à la sonde. Ceci sera ultérieurement plus précisément décrit.

[0008] En se référant à nouveau à la figure 1 , pour relancer plus rapidement le turbocompresseur dont la turbine est référencée 2, l'unité de contrôle commande du moteur autorise un balayage d'air sur certaines phases de vie. Cela consiste à laisser passer de l'air frais à l'échappement sans qu'il ne soit brûlé par un croisement d'ouverture des soupapes des cylindres du moteur thermique. Durant ces phases, la richesse moyenne en amont du catalyseur doit favoriser la réduction des émissions polluantes.

[0009] La régulation de la richesse en amont du catalyseur va utiliser la mesure de richesse donnée par la sonde amont. A partir d'une consigne de richesse pour la chambre de combustion des cylindres ou consigne de richesse du moteur, une consigne de richesse à la sonde peut être modélisée par une fonction du premier ordre avec retard.

[0010] Afin d'optimiser l'efficacité de conversion des polluants du catalyseur, il peut être défini dans la régulation de richesse un décalage de consigne de richesse à la sonde amont, appelé fenêtre catalyseur qui donne une plage de variation de consigne autour de la consigne de richesse estimée à la sonde amont.

[001 1 ] Une régulation par consigne de richesse à la sonde amont pose deux difficultés majeures. La première difficulté est que dans les phases où le balayage d'air est actif, les bouffées d'oxygène envoyées à chaque soupape d'échappement d'un cylindre peuvent modifier le comportement du catalyseur pour une même consigne de richesse en amont du catalyseur. Si la fenêtre catalyseur est déplacée, l'optimisation de conversion des polluants n'est plus assurée.

[0012] Le deuxième problème est que le niveau d'air balayé va également impacter la mesure de richesse mesurée par la sonde en amont du catalyseur. En effet, des essais au banc moteur ont montré que, pour une plage majoritaire de taux de balayage, plus le taux de balayage était élevé, plus l'écart entre la mesure de richesse donnée par la sonde amont et celle donnée par une baie d'analyse lors de la mise au point sur banc moteur était élevé. [0013] Le document FR-A-3 026 780 décrit un moteur thermique de véhicule automobile comprenant au moins un cylindre, une ligne d'échappement, une sonde de richesse disposée sur la ligne d'échappement, un module de détermination de consigne de richesse à la sonde en fonction d'une consigne de richesse dans ledit au moins un cylindre. Le module de détermination est configuré pour déterminer la consigne de richesse à la sonde en utilisant une première règle de calcul.

[0014] Un module de régulation est configuré pour déterminer une correction de richesse à appliquer dans ledit au moins un cylindre selon une première règle de calcul en fonction d'une valeur représentative d'un écart entre une richesse mesurée par la sonde et la consigne de richesse à la sonde. Ce document n'a cependant pas trait à un balayage d'air dans le moteur et ne donne aucun enseignement à ce sujet.

[0015] Par conséquent, le problème à la base de l'invention est de réactualiser une consigne de richesse à une sonde disposée en sortie d'un moteur thermique quand un balayage d'air est effectué dans le moteur, ce balayage influant sur la consigne de richesse à la sonde et la modifiant. [0016] Un problème auxiliaire à la base de la présente invention est de réguler de manière optimale la dépollution effectuée par un catalyseur intercalée entre des sondes amont et aval, au moins la sonde amont servant à la régulation de la consigne de richesse dans le moteur par comparaison avec une mesure de la richesse au niveau de la sonde amont et une consigne de richesse estimée pour cette sonde amont. [0017] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé de réglage de la consigne de richesse d'une sonde lors d'un balayage d'air, la sonde étant dite sonde amont en étant disposée dans une ligne d'échappement en sortie d'un moteur thermique et le balayage d'air s'effectuant dans le moteur sur de l'air frais et laissant passer de l'air non brûlé dans la ligne, une régulation de richesse du mélange air/carburant dans le moteur étant effectuée selon une consigne de richesse estimée à la sonde amont à partir d'une consigne de richesse prédéterminée au moteur et une richesse mesurée par la sonde amont, caractérisé en ce que la consigne de richesse à la sonde amont estimée à un instant donné est réactualisée par un terme correctif au moins fonction d'un régime moteur et d'un taux d'air balayé en vigueur à cet instant donné pour donner une consigne de richesse réactualisée à la sonde amont.

[0018] L'effet technique est d'obtenir un décalage de la consigne de richesse estimée à la sonde en amont afin de rattraper les différents écarts introduits par le balayage d'air. Cette solution a l'avantage d'être adaptable par calibration à la ligne d'échappement utilisée.

[0019] L'invention est adaptable spécifiquement à la ligne d'échappement utilisée et permet d'améliorer la performance de la régulation de richesse et donc l'efficacité du système de dépollution. La réactualisation s'ajoutant à une loi de commande déjà existante, ceci évite une dépense envers un fournisseur qui aurait à rajouter une correction similaire dans la loi de commande d'acquisition de mesure d'une sonde de richesse amont.

[0020] Comme l'utilisation du balayage d'air est de plus en plus fréquente, le procédé de réglage selon la présente invention va perdurer et même se développer sur les motorisations futures. L'usage du procédé de réglage selon la présente invention sera aussi favorisé par des exigences de performance de la régulation de richesse encore plus sévères, ce qui va accélérer l'implémentation du procédé de réglage selon la présente invention sur différentes motorisations. [0021 ] Avantageusement, le terme correctif est un terme additif.

[0022] Avantageusement, pour une majeure partie d'une plage de balayage, plus le taux de balayage est élevé et plus le terme correctif est élevé en valeur absolue.

[0023] Avantageusement, le terme correctif est obtenu par une cartographie à deux dimensions selon le régime moteur et le taux d'air balayé. [0024] Avantageusement, à partir de la consigne de richesse estimée à la sonde amont, une fenêtre de richesse de largeur calibrable est définie autour de la consigne de richesse à la sonde amont, une fenêtre de richesse réactualisée étant recentrée autour de la richesse réactualisée à la sonde amont et remplaçant la fenêtre de richesse. Le décalage de la fenêtre du catalyseur permet d'optimiser l'efficacité de conversion des polluants par un catalyseur alors présent, en tenant compte du taux de balayage et du régime moteur.

[0025] Avantageusement, la consigne de richesse à la sonde amont est modélisée à partir de la consigne de richesse prédéterminée au moteur en prenant en compte, d'une part, un temps de retard de la sonde amont dépendant de la distance entre moteur et sonde amont et une vitesse des gaz d'échappement en sortie du moteur en vigueur et, d'autre part, un temps de réponse de la sonde amont spécifique à une richesse de 0,63.

[0026] Avantageusement, la consigne de richesse à la sonde amont à partir de la richesse du moteur est filtrée.

[0027] La présente invention concerne un procédé de contrôle d'une dépollution assurée par un catalyseur présent dans une ligne d'échappement de moteur thermique, la ligne d'échappement présentant une sonde en amont du catalyseur mesurant une richesse du carburant au niveau de la sonde en amont et une sonde en aval du catalyseur, une double boucle de régulation de la richesse étant effective à partir des mesures respectives des sondes amont et aval, caractérisé en ce qu'il met en œuvre un tel procédé de réglage d'une consigne de richesse de la sonde amont lors d'un balayage d'air, une première boucle de régulation étant effective avec une consigne de richesse réactualisée à la sonde amont et une deuxième boucle de régulation étant effective entre une tension spécifique mesurée par la sonde aval et une tension spécifique de consigne correspondant à la consigne de richesse réactualisée à la sonde amont.

[0028] L'invention concerne un groupe motopropulseur comprenant un moteur thermique, une ligne d'échappement comprenant au moins un catalyseur avec des sondes amont et aval et une unité de contrôle commande en charge du fonctionnement du moteur thermique et d'une dépollution dans la ligne d'échappement, caractérisé en ce que l'unité de contrôle commande comprend des moyens de mise en œuvre d'un tel procédé de réglage ou des moyens de mise en œuvre d'un tel procédé de contrôle.

[0029] La solution proposée par la présente invention est purement logicielle et s'implémente aisément dans l'unité de contrôle commande du moteur et plus particulièrement dans la fonction de régulation de richesse en amont du catalyseur par la sonde amont. [0030] Avantageusement, la sonde amont est une sonde à oxygène proportionnelle et la sonde aval est une sonde à oxygène binaire.

[0031 ] D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :

- la figure 1 est une représentation schématique d'un ensemble d'un moteur thermique et d'une ligne d'échappement comprenant un catalyseur et au moins une sonde positionnée en amont du catalyseur, cette sonde pouvant servir à effectuer une régulation de la richesse dans le moteur à partir d'une consigne de richesse, le procédé de réglage selon la présente invention pouvant être mis en œuvre pour un tel ensemble,

- la figure 2 montre un logigramme de mise en œuvre du procédé de réglage selon la présente invention,

- la figure 3 montre une évaluation de l'écart de richesse entre consigne de richesse et richesse mesurée en fonction du taux de balayage et du régime moteur, cette évaluation étant prise en compte dans le procédé de réglage selon la présente invention,

- la figure 4 montre une courbe d'émission de polluant en fonction d'une consigne de richesse avec une fenêtre de consigne encadrant une consigne de richesse à la sonde amont, une telle fenêtre pouvant être mise en œuvre dans un mode de réalisation du procédé de réglage selon la présente invention,

- la figure 5 montre des courbes de consigne de richesse au moteur et à une sonde amont en sortie de moteur dans la ligne d'échappement, l'estimation de la consigne de richesse à la sonde amont se faisant selon la consigne de richesse au moteur en prenant en compte un temps de retard et un temps de réponse de la sonde, cette estimation se faisant dans un mode de réalisation du procédé de réglage selon la présente invention.

[0032] Il est à garder à l'esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l'invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions des différents éléments illustrés à la figure 1 ne sont pas représentatives de la réalité.

[0033] Dans ce qui va suivre, il est fait référence à toutes les figures prises en combinaison. Quand il est fait référence à une ou des figures spécifiques, ces figures sont à prendre en combinaison avec les autres figures pour la reconnaissance des références numériques désignées. [0034] En se référant à toutes les figures et notamment aux figures 1 et 2, la présente invention concerne un procédé de réglage de la consigne de richesse d'une sonde lors d'un balayage d'air. Cette sonde est dite sonde amont 4a en étant disposée dans une ligne d'échappement en sortie d'un moteur 1 thermique en étant la première en amont d'un jeu de deux sondes amont 4a et aval 4b. Avantageusement, la sonde amont 4a est une sonde associée à un catalyseur 3 en étant disposée en amont du catalyseur 3, la sonde aval 4b étant aussi présente après le catalyseur 3 dans le sens d'écoulement des gaz dans la ligne d'échappement.

[0035] Le balayage d'air s'effectue dans le moteur 1 sur de l'air frais et laisse passer de l'air non brûlé dans la ligne d'échappement. Une régulation de richesse du mélange air/carburant dans le moteur 1 est effectuée selon une richesse mesurée par la sonde amont Mes sond sam, à la figure 5, et une consigne de richesse Consrich sond à la sonde amont 4a, la régulation se faisant par différence de la richesse amont mesurée Mes sond sam et de la consigne de richesse amont Consrich sond. [0036] Comme montré aux figures 1 , 2 et 5, la consigne de richesse à la sonde amont Consrich sond est estimée à partir d'une consigne de richesse prédéterminée au moteur Consrich mot. La consigne de richesse à la sonde amont Consrich sond est différente de la consigne de richesse prédéterminée au moteur Consrich mot en étant fonction du temps de retard ttrans de la sonde amont 4a due à son éloignement du moteur 1 et du temps de réponse treps de la sonde amont 4a.

[0037] Selon l'invention, la consigne de richesse Consrich sond à la sonde amont 4a estimée à un instant donné est réactualisée par un terme correctif Term au moins fonction d'un régime moteur RM et d'un taux d'air balayé Tb en vigueur à cet instant donné pour donner une consigne de richesse réactualisée Consrich réac à la sonde amont 4a. [0038] La figure 2 montre un logigramme de la présente invention. A partir d'un taux de balayage Tb et d'un régime moteur RM, il peut être obtenu un terme de correction Term, notamment selon une cartographie à deux dimensions Carto 2D. Ce terme Term est envoyé à une consigne de richesse à la sonde amont Consrich sond.

[0039] A la figure 4, il est défini une fenêtre F conv cat de catalyseur 3 avec une plage réduite de variation de consigne de richesse à la sonde amont 4a pour obtenir une consigne de richesse réactualisée, qui peut être la consigne de richesse réactualisée d'une fenêtre de catalyseur 3 réactualisée. [0040] L'invention s'implémente dans la fonction de régulation de richesse, de préférence pour moteur 1 à essence. Il est utilisé une cartographie à deux dimensions Carto 2D dont les axes sont le taux d'air balayé Tb et le régime moteur RM. La cartographie Carto 2D va fournir un terme correctif Term de la consigne de richesse à la sonde amont qui va s'ajouter à la valeur de richesse à la sonde évaluée en amont Consrich sond. La calibration de la cartographie Carto 2D se fixe pour et est adaptée à chaque application. Cette solution a l'avantage d'être adaptable par calibration à la ligne d'échappement utilisée.

[0041 ] Comme il est visible notamment à la figure 2, le terme correctif Term est un terme additif ajouté à une consigne de richesse à la sonde amont Consrich sond pour obtenir une consigne de richesse à la sonde amont réactualisée Consrich réac.

[0042] En se référant plus particulièrement à la figure 3, il est possible d'extrapoler que, pour une majeure partie d'une plage de balayage, plus le taux de balayage Tb est élevé et plus le terme correctif est élevé en valeur absolue, ici sous la forme de l'erreur richesse Err rich représentative du terme correctif. A la figure 3, il est montré trois courbes pour trois régimes moteur différents à savoir 1750 tours, 1550 tours et 1000 tours par minute.

[0043] En général, les erreurs de richesse Err rich varient dans une plus large gamme à 1550 tours, en variant de 1 ,30 à -0,25 par minute, et, en variant de 1 ,25 à -2,25, à 1750 tours par minute que pour 1000 tours par minute, pour lequel régime ces erreurs Err rich restent entre 1 et 0.

[0044] La figure 3 montre une erreur de richesse Err rich pour différents taux de balayage Tb de -5 à 20%. Si on ne prend pas en compte les taux de balayage Tb inférieurs à 5%, il peut être vu que deux courbes de balayage pour un régime moteur RM de 1750 tours par minute et 1550 tours par minute sont de plus en plus décroissants, plus les taux de balayage Tb montent et que donc les erreurs de richesse Err rich sont de plus en plus fortes en valeur absolue quand elles sont prises partant de 0.

[0045] Ces erreurs de richesse Err rich peuvent atteindre -2,25 pour 20% de taux de balayage Tb pour un régime moteur RM de 1750 tours par minute et -0,25 pour 20% de taux de balayage Tb pour un régime moteur RM de 1550 tours par minute. Pour un régime moteur RM de 1000 tours par minute et un taux de balayage Tb de 13%, cette erreur de richesse Err rich est très légèrement supérieure à 0 en étant à 0,1 . [0046] En se référant notamment aux figures 1 et 4, à partir de la consigne de richesse estimée Consrich sond à la sonde amont 4a, une fenêtre F conv cat de richesse de largeur calibrable est définie autour de la consigne de richesse estimée Consrich sond à la sonde amont 4a. Une fenêtre de richesse réactualisée peut être recentrée autour de la richesse estimée réactualisée à la sonde amont 4a et peut remplacer la fenêtre F conv cat de richesse.

[0047] La figure 4, associée avec la figure 1 , montre une émission de polluant Em Pol, à savoir du monoxyde de carbone CO et des oxydes d'azote NOx en fonction de la consigne de richesse consrichsond à la sonde amont 4a montrée en abscisse. Car Volt sond aval est la courbe de voltage d'une sonde en aval 4b d'un catalyseur 3 et Volt sond est le voltage de la sonde. F conv cat est une fenêtre de conversion pour tenir compte du vieillissement du catalyseur 3.

[0048] Ainsi, dans un mode de réalisation, afin d'optimiser l'efficacité de conversion des polluants du catalyseur 3, on définit dans la régulation de richesse un décalage de consigne à la sonde amont 4a, appelé fenêtre F conv cat catalyseur. Ce décalage peut être calibrable en fonction du point de fonctionnement, notamment du régime moteur RM et du remplissage de chaque cylindre du moteur 1 .

[0049] Ce décalage peut tenir compte de l'état de vieillissement du catalyseur 3, qui peut être neuf, vieilli ou proche d'une prise de diagnostic. Parallèlement, la position de la fenêtre F conv cat va correspondre à une tension spécifique mesurée en aval du catalyseur 3, cette tension servant de consigne pour la double boucle de la régulation de richesse, comme il sera ultérieurement plus précisément décrit.

[0050] En se référant aux figures 1 et 5, la consigne de richesse estimée Consrich sond à la sonde amont 4a est modélisée à partir de la consigne de richesse prédéterminée au moteur Consrich mot en prenant en compte, d'une part, un temps de retard ttrans de la sonde amont 4a dépendant de la distance entre moteur 1 et sonde amont 4a et une vitesse des gaz d'échappement en sortie du moteur 1 en vigueur et, d'autre part, un temps de réponse treps de la sonde amont 4a à une richesse de 0,63 ou correspondant à 63% de richesse. [0051 ] La modélisation repose donc sur l'identification de ces deux temps caractéristiques, le temps de retard ttrans et le temps de réponse treps à 63%. Ces paramètres peuvent être définis en fonction du point de fonctionnement et calibrés par cartographies. [0052] A cette figure 5, la richesse R est en ordonnée tandis qu'un temps t est en abscisse. Il est illustré une courbe de consigne au moteur Consrich mot et deux courbes de consigne de richesse à la sonde amont Consrich sond et de mesure de la sonde en amont Mes sond sam. La consigne de richesse à la sonde amont Consrich sond est la consigne de richesse de sonde filtrée et décalée.

[0053] Une erreur Err est présente entre les deux courbes de consignes de richesse de sonde, respectivement mesurée Mes sond sam et filtrée Consrich sond. Il est visible de cette figure 5 que la consigne de richesse estimée Consrich sond à la sonde amont 4a à partir de la richesse du moteur 1 est filtrée, avantageusement par un filtre d'ordre 1 . [0054] En se référant plus particulièrement aux figures 1 , 2 et 5, la présente invention concerne un procédé de contrôle d'une dépollution assurée par un catalyseur 3 présent dans une ligne d'échappement de moteur 1 thermique, la ligne d'échappement présentant une sonde en amont 4a du catalyseur 3 mesurant une richesse du carburant au niveau de la sonde en amont Consrich sond et de mesure de la sonde en amont Mes sond sam et une sonde en aval 4b du catalyseur 3.

[0055] Une double boucle de régulation de la richesse est effective à partir des mesures respectives des sondes amont 4a et aval 4b, la deuxième boucle pouvant être plus lente que la première boucle.

[0056] Le procédé de contrôle incorpore et met en œuvre un procédé de réglage d'une consigne de richesse Consrich sond de la sonde amont 4a lors d'un balayage d'air tel que décrit précédemment. Une première boucle de régulation est effective avec une consigne de richesse réactualisée Consrich réac à la sonde amont 4a. Une deuxième boucle de régulation est effective entre une tension spécifique mesurée par la sonde aval 4b et une tension spécifique de consigne correspondant à la consigne de richesse réactualisée Consrich réac à la sonde amont 4a.

[0057] L'invention concerne enfin un groupe motopropulseur comprenant un moteur 1 thermique, une ligne d'échappement comprenant au moins un catalyseur 3 avec des sondes amont 4a et aval 4b et une unité de contrôle commande en charge du fonctionnement du moteur 1 thermique et d'une dépollution dans la ligne d'échappement. [0058] Pour cet ensemble, l'unité de contrôle commande comprend des moyens de mise en œuvre d'un tel procédé de réglage ou des moyens de mise en œuvre d'un tel procédé de contrôle. [0059] La sonde amont 4a peut être une sonde à oxygène proportionnelle et la sonde aval 4b peut être une sonde à oxygène binaire.

[0060] L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples.