FR3160433A1 - Method for adjusting the richness of a spark-ignition internal combustion engine equipped with a three-way catalyst - Google Patents
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Abstract
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; etréduction 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 This method for adjusting the richness of a spark-ignition internal combustion engine (1) equipped with a three-way catalyst (5) configured to treat pollutant emissions from the engine (1), comprises the steps of: modulating the richness at a first predetermined frequency and with a predetermined richness amplitude centered around a constant average richness; monitoring the voltage across a binary richness probe (7b) arranged downstream of the catalyst (5) and identifying voltage peaks representative of a leak; calculating a second frequency representative of a frequency of occurrence of the identified voltage peaks; comparing the second frequency with the first frequency; and reducing the richness amplitude when the absolute value of the difference between the second and first frequencies is less than or equal to a predetermined threshold value. Figure for abstract: Figure 1
Description
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.The technical field of the invention is the depollution of exhaust gases from a spark-ignition internal combustion engine equipped with a three-way catalyst.
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.In spark-ignition internal combustion engines, particularly those used in motor vehicles and running on petrol, it is known to carry out the depollution of the engine's combustion gases using a three-way catalyst mounted on the engine exhaust.
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.Such pollutant emission treatment devices make it possible to reduce nitrogen oxide (NOx) molecules and oxidize unburned hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) molecules emitted by the engine during operation.
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.Conventionally, two lambda probes quantify the oxygen concentration respectively upstream and downstream of the catalyst while the richness varies between rich and lean compositions at a given frequency and amplitude, in order to stimulate the conversion of pollutants within the catalyst and to have optimal efficiency in the treatment of pollutant emissions.
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.This richness modulation strategy works correctly as long as the catalyst has sufficient oxygen storage capacity (OSC), defined by a lower limit called OS_min and an upper limit called OS_max. When the oxygen stored in the catalyst (OS for Oxygen Storage) is between these two limits, the catalyst is able to correctly treat polluting emissions.
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.If the OS is lower than the lower bound OS_min, there is no longer enough oxygen in the catalyst to process the rich species, in particular CO emissions.
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.If the OS is greater than the upper bound OS_max, there is too much oxygen in the catalyst to treat lean species, especially NOx emissions.
Or, la valeur d’OSC d’un catalyseur diminue avec son vieillissement.However, the OSC value of a catalyst decreases with age.
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.Therefore, we understand that it is not possible to adopt the same richness modulation amplitude for a new catalyst and an aged catalyst.
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.In current systems, the richness modulation amplitude is generally chosen to optimize the treatment of pollutant emissions when the catalysts are aged. Pollution control is therefore not optimal over the entire life of the catalysts and in particular when the catalysts are new.
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.In view of the above, the invention aims to provide a method for adjusting the richness of a spark-ignition type internal combustion engine equipped with a three-way catalyst which optimizes the treatment of polluting emissions over the entire life of the catalyst.
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.
- modulation of the richness at a first predetermined frequency and with a predetermined richness amplitude centered around a constant average richness, so as to achieve an alternation of engine operating phases in rich and lean regimes;
- monitoring the voltage across a binary richness probe arranged downstream of the catalyst and identifying voltage peaks representative of a leak when the voltage across the probe repeatedly exceeds a predetermined threshold voltage greater than a predetermined nominal voltage of the probe;
- calculation of a second frequency representative of a frequency of appearance of the identified voltage peaks;
- comparison between the second frequency and the first frequency; and
- reduction of the richness amplitude when the absolute value of the difference between the second and first frequencies is less than or equal to a predetermined threshold value, so as to eliminate the voltage peaks.
Un tel procédé permet d’optimiser le traitement des émissions polluantes sur toute la durée de vie du catalyseur.Such a process makes it possible to optimize the treatment of polluting emissions over the entire life of the catalyst.
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.According to one characteristic, the average richness has a value between 1.001 and 1.002, and preferably is equal to 1.0015. Such an average richness value constitutes a very good compromise for the treatment of NOx and CO.
Avantageusement, le suivi de la tension est réalisé sur des phases stabilisées de fonctionnement du moteur.Advantageously, voltage monitoring is carried out over stabilized phases of motor operation.
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.According to another feature, the operation in rich and lean regime of the engine is carried out respectively at a first constant richness and at a second constant richness, the second richness being lower than the first richness, the difference between the first richness and the second richness corresponding to the richness amplitude. Such operation allows a linear variation of the OS of the catalyst.
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.Preferably, the richness amplitude is adjusted according to the engine speed and load. Such a richness adjustment allows optimal treatment of pollutant emissions.
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.For example, the calculation of the second frequency is carried out from a frequency analysis of the voltage signal at the terminals of the probe.
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.According to another aspect, the invention relates to an internal combustion engine equipped with a three-way catalyst configured to treat polluting emissions from the engine, said engine further comprising an electronic control unit configured to implement a method as defined above.
Selon un autre aspect, l’invention a pour objet un véhicule automobile équipé d’un moteur tel que défini ci-dessus.According to another aspect, the invention relates to a motor vehicle equipped with an engine as defined above.
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 :Other aims, characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description, given solely by way of non-limiting example, and made with reference to the appended drawings in which:
Dans l’exemple illustré sur la
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.The engine 1 draws in air in the direction of arrow E via an intake pipe 2, and discharges its exhaust gases via an exhaust pipe 3 in order to direct them to a pollution control device 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
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.The exhaust pipe 3 is equipped upstream of the pollution control device 4 with a proportional richness sensor 7a allowing the richness of the air-fuel mixture of the engine 1 to be regulated.
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 (
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
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.At the outlet of exhaust circuit 3, the exhaust gases are discharged into the outside atmosphere in the direction of arrow 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.In the air intake duct 2, in a non-limiting manner, there may be found an air filter 9 which makes it possible to eliminate the dust contained in the air and an intake flap 10, or throttle body 10 which makes it possible to regulate the flow admitted into the engine 1 by more or less obstructing the intake duct 2. The air is distributed to the cylinders 8 through an intake manifold 11 arranged downstream of the throttle body 10.
Dans l’exemple illustré sur la
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.The engine 1 further comprises an electronic control unit 14 configured to control the various elements of the engine 1 from data collected by sensors at different locations of the engine.
L’unité électronique de commande 14 comporte un module de calcul 15, un module de mesure 16 et un module de commande 17.The electronic control unit 14 comprises a calculation module 15, a measurement module 16 and a control module 17.
Le module de mesure 16 est par exemple apte à recevoir les mesures issues des sondes de richesse 7a et 7b.The measurement module 16 is for example capable of receiving measurements from the richness probes 7a and 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.The control module 17 is for example capable of controlling the fuel injection system and the opening and closing of the throttle body 10 in order to adjust the value of the richness of the air-fuel mixture of the engine 1 to a set value.
La
Le procédé est en particulier mis en œuvre au moyen d’une unité électronique de commande 14 du moteur 1.The method is implemented in particular by means of an electronic control unit 14 of the engine 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.The method begins with a step 20 of modulating the richness at a first predetermined frequency F1 and with a predetermined richness amplitude A centered around a constant average richness Rmoy, so as to achieve an alternation of engine operating phases in rich and lean regimes. As indicated previously, such an alternation of engine operating phases in rich and lean regimes makes it possible to stimulate the conversion of pollutants within the catalyst 5 and thus to increase the efficiency of treatment of pollutant emissions.
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.For example, the average wealth value Rmoy has a value between 1.001 and 1.002, and preferably is equal to 1.0015. According to an example illustrated in Figures 4 to 6, the average wealth value Rmoy is equal to 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.Advantageously, the value of the richness amplitude A is adjusted according to the rotation speed and the load of the engine 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 (
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.The method continues with a step 21 of monitoring the voltage across the binary richness probe 7b arranged downstream of the catalyst 5, and of identifying voltage peaks representative of a leak when the voltage across the probe 7b repeatedly reaches a predetermined threshold voltage higher than the predetermined nominal voltage of the probe 7b. For example, the predetermined nominal voltage may have a value of approximately 700 mV and the predetermined threshold voltage may have a value of approximately 850 mV. Preferably, the monitoring of the voltage across the probe 7b is carried out over stabilized phases of operation of the engine 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.After step 21 of identifying voltage peaks, the electronic control unit 14 calculates a second frequency F2 representative of a frequency of appearance of the identified voltage peaks (step 22). For example, the calculation of the second frequency F2 is carried out from a frequency analysis of the voltage signal at the terminals of the probe 7b.
Lors de l’étape 23 de comparaison suivante, on compare la deuxième fréquence F2 et la première fréquence F1.In the next comparison step 23, the second frequency F2 and the first frequency F1 are compared.
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).If the absolute value of the difference between the second and first frequencies F2, F1 is less than or equal to a predetermined threshold value ε, the richness amplitude A is reduced, so as to eliminate the voltage peaks (step 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.If the absolute value of the difference between the second and first frequencies F2, F1 is greater than the predetermined threshold value ε, the method resumes at step 21 of voltage monitoring of the probe 7b.
Les figures 4 à 6 illustrent un exemple de mise en œuvre du procédé de la
La
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.The richness upstream of the catalyst 5 is controlled by the electronic control unit 14 to achieve an alternation of engine operating phases in rich and lean mode.
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.The alternation of the engine operating phases in rich and lean mode is carried out at a period dt equivalent to a frequency F1 equal to 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.Here, richness slots of an amplitude A equal to 0.1 are carried out, centered around an average richness Rmoy unit. This value of the amplitude A makes it possible to keep the OS level of the new catalyst outside the lean 33 and rich 34 leakage zones. It should be noted that the value of the amplitude A can be adjusted according to the rotation speed and the load of the engine 1 in order to optimize the treatment of polluting emissions.
La
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Claims (8)
- 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).
- modulation of the richness at a first predetermined frequency (F1) and with a predetermined richness amplitude (A) centered around a constant average richness (Rmoy), so as to achieve an alternation of engine operating phases in rich and lean regimes;
- monitoring the voltage across a binary richness probe (7b) arranged downstream of the catalyst (5) and identification of voltage peaks (35) representative of a leak when the voltage across the probe (7b) repeatedly exceeds a predetermined threshold voltage greater than a predetermined nominal voltage of the probe (7b);
- calculating a second frequency (F2) representative of a frequency of appearance of the identified voltage peaks (35);
- comparison between the second frequency (F2) and the first frequency (F1); and
- reduction of the richness amplitude (A) when the absolute value of the difference between the second and first frequencies (F2, F1) is less than or equal to a predetermined threshold value (ε), so as to eliminate the voltage peaks (35).
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