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EP0719918B1 - Procédé et dispositif de contrÔle de la richesse d'un moteur à allumage commandé - Google Patents

Procédé et dispositif de contrÔle de la richesse d'un moteur à allumage commandé Download PDF

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EP0719918B1
EP0719918B1 EP95402920A EP95402920A EP0719918B1 EP 0719918 B1 EP0719918 B1 EP 0719918B1 EP 95402920 A EP95402920 A EP 95402920A EP 95402920 A EP95402920 A EP 95402920A EP 0719918 B1 EP0719918 B1 EP 0719918B1
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EP
European Patent Office
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richness
sensor
engine
exhaust line
probe
Prior art date
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EP95402920A
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Gaétan Monnier
Hervé Perrin
Richard Tilagone
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Publication date
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/2454—Learning of the air-fuel ratio control

Definitions

  • the present invention relates to the field of control and regulation of engines and more particularly of ignition engines controlled operating in lean mixture.
  • One known way of limiting nitrogen oxide emissions is to run the engine at minimum richness, close to the limit poor engine stability.
  • This type of probe delivers rather qualitative information allowing to know if the engine works in lean mixture (the voltage probe output then tends to 0), in a rich mixture (the voltage of probe output tends to 1 volt) or to stoichiometry (output voltage probes, intermediate, of the order of 0.5 V).
  • proportional probes whose output voltage varies in proportion to the richness of the mixture.
  • a significant disadvantage related to registration, over a range of wider wealth of probes placed in the exhaust is that the new calibration can only be carried out by dismantling the probe, i.e. during periods of immobilization of the vehicle.
  • application EP 0 221 305 teaches a mathematical method for calibrating an oxygen concentration detection probe, based on an injection of additional air, for which a single probe is used, around stoichiometry.
  • the present invention provides a solution to the general problem of aging of the probes in the exhaust lines.
  • the present invention makes it possible to remedy in particular the disadvantages mentioned above.
  • the subject of the invention is a method for controlling the richness of a Positive ignition engine operating in a lean mixture according to claim 1.
  • Zero wealth registration is performed when the engine is at the stop.
  • this zero-rich registration is carried out by a additional air supply upstream of the measurement point (s).
  • Gas powered engines are particularly targeted by the invention.
  • the invention further relates to a device for regulating the richness of a spark ignition engine operating in mixture poor according to claim 7.
  • the device comprises a second probe, placed on said exhaust line, and intended to supply the information necessary to readjust said first probe for a richness equal to unity during engine operation.
  • This second measurement probe can be an all-type probe. or nothing.
  • the first probe is placed upstream of said catalyst while the second probe can be placed preferably downstream of the catalyst, to limit its aging.
  • the device according to the invention may comprise a pump placed on said exhaust line and intended to inject air in upstream of said first probe.
  • the pump is a pump electric.
  • Figure 2 schematically appears a line exhaust 1 from a spark-ignition engine 2.
  • a catalyst 3 type 2 or 3 three-way is placed on the exhaust line 1.
  • an all-or-nothing Lambda 4 probe is placed on said line 1 upstream or downstream of the catalyst 3.
  • This probe 4 provides binary information such as "rich mixture” or “mixture poor. "It is used by the regulatory system to maintain the wealth at a value close to stoichiometry.
  • a second so-called proportional probe 5 is positioned on the line 1, preferably between engine 2 and catalyst 3.
  • FIG. 3 differs from that which has just been described by the additional presence of a pump 6 placed preferably between the motor 2 and the probe 5, intended to inject the air just upstream of the probe 5.
  • the operation of the air pump 6 is not linked to that of the engine; an electric air pump will advantageously chosen.
  • This figure shows the output voltage (U) of a probe proportional to the exhaust, depending on the richness (R) of the mixed.
  • a recalibration of the probe 5 is carried out on the vehicle. at several different wealth points: a zero wealth registration (engine stopped), and readjustment with richness equal to one, (during engine operation).
  • An air pump such as 6 is used more and more frequently engines with exhaust air injection. Therefore, in in this case, nothing needs to be added to the engine to make it work according to the invention.
  • the registration according to the invention is therefore an automated step which does not requires no specific human intervention or specific immobilization of the vehicle.

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Description

La présente invention concerne le domaine du contrôle et de la régulation de moteurs et plus particulièrement de moteurs à allumage commandé fonctionnant en mélange pauvre.
La sévérisation des normes dans la plupart des pays industrialisés impose notamment de minimiser les émissions d'oxyde d'azote.
Une façon connue de limiter les émissions d'oxyde d'azote consiste à faire fonctionner le moteur à une richesse minimale, proche de la limite pauvre de stabilité du moteur.
Dans le cas de moteurs traditionnels fonctionnant à la stoechiométrie, une ou plusieurs sondes "Lambda" sont placées sur la ligne d'échappement.
Ce type de sonde délivre une information plutôt qualitative permettant de savoir si le moteur fonctionne en mélange pauvre (la tension de sortie des sondes tend alors vers 0), en mélange riche (la tension de sortie des sondes tend vers 1 volt) ou à la stoechiométrie (tension de sortie des sondes, intermédiaire, de l'ordre de 0,5 V).
Sur certains moteurs, un autre type de sonde a déjà été utilisé afin d'améliorer les mesures : il s'agit de sondes dites proportionnelles dont la tension de sortie varie proportionnellement à la richesse du mélange.
Ces deux types de sondes, traditionnellement placées près du moteur, sont susceptibles de voir leur surface active s'altérer avec le temps (encrassement, vieillissement thermique...).
En outre, dans le cas de moteurs fonctionnant au gaz, on peut trouver à l'échappement une proportion non négligeable d'hydrocarbures légers tels que le méthane, particulièrement difficile à oxyder.
La combinaison de ces deux phénomènes peut à terme fausser l'information délivrée par les sondes de richesse.
Pour limiter ce problème il a été révélé dans le document SAE 932821, un agencement selon lequel une chambre de combustion spécifique est prévue en parallèle avec le moteur et une sonde de richesse est associée aux gaz issus de cette chambre qui, ne brûlant qu'une petite quantité de gaz naturel, n'enverra qu'une quantité réduite voire nulle de méthane vers la sonde. La durée de vie de cette sonde se trouve donc allongée au prix toutefois d'une modification non négligeable du moteur lui-même.
Le phénomène de dérive observé sur une sonde proportionnelle équipant un moteur à gaz est illustré sur la figure 1 ci-annexée qui montre que la caractéristique de réponse d'une sonde "vieillie" (courbe B pointillée) subit notamment une variation de pente vis-à-vis d'une sonde non vieillie (courbe A).
De façon habituelle, un recalage de la sonde proportionnelle autour de la richesse 1 est effectué, en tenant compte de l'information délivrée par une sonde Lambda. Ce procédé est par exemple décrit dans le document WO 94/19593.
Cependant un tel recalage ne permet pas de retrouver la sensibilité de part et d'autre de la richesse 1, d'où un problème dans la précision et la fiabilité des mesures.
Un inconvénient non négligeable lié au recalage, sur une plage de richesse plus large, de sondes placées à l'échappement est que la nouvelle calibration ne peut être opérée qu'en démontant la sonde, c'est-à-dire pendant des périodes d'immobilisation du véhicule.
Le document WO 94/19593 vise un recalage d'une sonde Lambda (tout ou rien) à l'aide d'une autre sonde Lambda, pour des richesses de fonctionnement proches de la stoechiométrie.
Par ailleurs le résumé de brevet JP 5 8050750 divulgue un recalage à richesse = 0 lorsque le moteur est à l'arrêt.
De même la demande EP 0 221 305 enseigne une méthode mathématique de calibrage d'une sonde de détection de la concentration en oxygène, basée sur une injection d'air additionnel, pour laquelle une seule sonde est utilisée, autour de la stoechiométrie.
La présente invention propose une solution au problème général du vieillissement des sondes dans les lignes d'échappement.
Elle permet en outre des mesures plus précises de la richesse puisque un plus grand nombre de points de recalage des mesures peut être obtenu selon l'invention.
Ainsi, la présente invention permet de remédier notamment aux inconvénients cités ci-dessus.
L'invention a pour objet un procédé de contrôle de la richesse d'un moteur à allumage commandé fonctionnant en mélange pauvre, selon la revendication 1.
Le recalage à richesse nulle est réalisé lorsque le moteur est à l'arrêt.
Avantageusement, ce recalage à richesse nulle s'effectue par un apport d'air supplémentaire en amont du ou des points de mesure.
Les moteurs alimentés au gaz sont particulièrement visés par l'invention.
L'invention concerne en outre un dispositif de régulation de la richesse d'un moteur à allumage commandé fonctionnant en mélange pauvre selon la revendication 7.
Conformément à l'invention, le dispositif comprend une deuxième sonde, placée sur ladite ligne d'échappement, et destinée à fournir l'information nécessaire au recalage de ladite première sonde pour une richesse égale à l'unité pendant le fonctionnement du moteur.
Cette deuxième sonde de mesure peut être une sonde de type tout ou rien.
Avantageusement, la première sonde est placée en amont dudit catalyseur tandis que la deuxième sonde peut être placée préférentiellement en aval du catalyseur, pour limiter son vieillissement.
En outre, le dispositif selon l'invention peut comprendre une pompe placée sur ladite ligne d'échappement et destiné à injecter de l'air en amont de ladite première sonde.
Sans sortir du cadre de l'invention, la pompe est une pompe électrique.
D'autres caractéristiques, avantages et détails de l'invention apparaítront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre illustratif et nullement limitatif, en référence, aux dessins annexés sur lesquels :
  • La figure 2 est un schéma d'une ligne d'échappement selon un mode de réalisation de l'invention;
  • La figure 3 est un schéma d'une ligne d'échappement selon un autre mode de réalisation de l'invention; et
  • La figure 4 montre une courbe obtenue selon l'invention.
Sur la figure 2 apparaít de façon schématique une ligne d'échappement 1 issue d'un moteur à allumage commandé 2. Un catalyseur 3 de type 2 ou 3 trois voies est placé sur la ligne d'échappement 1. De façon connue, une sonde Lambda 4, fonctionnant en tout ou rien, est placée sur ladite ligne 1 en amont ou en aval du catalyseur 3. Cette sonde 4 fournit une information binaire de type "mélange riche" ou "mélange pauvre". Elle est utilisée par le système de régulation pour maintenir la richesse à une valeur proche de la stoechiométrie.
Une deuxième sonde 5 dite proportionnelle est positionnée sur la ligne 1, de préférence entre le moteur 2 et le catalyseur 3.
Le mode de réalisation de la figure 3 diffère de celui qui vient d'être décrit par la présence supplémentaire d'une pompe 6 placée préférentiellement entre le moteur 2 et la sonde 5, destinée à injecter de l'air juste en amont de la sonde 5.
Si la ligne d'échappement 1 est déjà équipée d'une pompe à air 6 injectant, de façon connue, de l'air à l'échappement, alors cette pompe peut ici être en outre utilisée pour injecter spécifiquement de l'air juste en amont de la sonde 5. La ligne 7 en pointillée sur la figure 3 indique cette connexion supplémentaire.
Préférentiellement, le fonctionnement de la pompe à air 6 n'est pas lié à celui du moteur ; une pompe à air électrique sera avantageusement choisie.
Le fonctionnement des éléments énoncés ci-dessus va maintenant être explicité, en relation avec la figure 4.
Cette figure montre la tension de sortie (U) d'une sonde proportionnelle placée à l'échappement, en fonction de la richesse (R) du mélange.
Selon l'invention, on réalise sur véhicule un recalage de la sonde 5 en plusieurs points de richesses différentes : un recalage à richesse nulle (moteur arrêté), et un recalage à richesse égale à un, (pendant le fonctionnement du moteur).
On peut effectuer plusieurs recalages autour de la richesse égale à 1 par exemple un recalage à R = 0,9 et un recalage à R = 1,1. Des recalages dans cette plage de mesure sont avantageux car de façon courante le système y répond linéairement.
Pour enrichir ou appauvrir temporairement le mélange, afin d'atteindre par exemple des richesses égales à 0,9 ou 1,1, il est possible de modifier le signal de commande du dispositif d'injection de gaz dans une proportion connue. En effet, par analogie aux dispositifs d'injection de carburant, dans certaines plages déterminées de fonctionnement, le débit injecté est directement proportionnel au temps d'injection. En contrôlant simplement le temps d'injection, on peut donc faire varier la richesse du mélange dans des proportions connues.
Dans la pratique on effectuera le recalage autour d'un troisième point de richesse supérieure à un, comme par exemple à R=1,1 afin de pouvoir recaler ultérieurement, par extrapolation, la sonde dans une plage de richesses supérieures à l'unité.
Il est recommandé de faire varier le mélange à partir de conditions de fonctionnement stables par exemple à partir d'un fonctionnement à richesse égale à l'unité, au ralenti.
Pour obtenir un recalage à richesse nulle, correspondant à une absence de gaz de combustion dans le conduit d'échappement, il est préférable d'attendre un certain temps après l'arrêt du moteur.
Il est possible selon l'invention de raccourcir cet arrêt prolongé en injectant de l'air frais juste en amont de la sonde 5 : La pompe 6 par exemple permet de réaliser cette fonction.
Une pompe à air telle que 6 équipe de plus en plus fréquemment les moteurs ayant une injection d'air à l'échappement. Par conséquent, dans ce cas, aucun élément n'est à ajouter sur le moteur pour le faire fonctionner selon l'invention.
En outre une telle injection d'air permet de pallier au fait que des hydrocarbures sont susceptibles de se désorber des produits déposés à l'intérieur de la tubulure d'échappement.
Le recalage selon l'invention est donc une étape automatisée qui ne nécessite aucune intervention humaine spécifique ni aucune immobilisation spécifique du véhicule.
Seule une attente supplémentaire peut être nécessaire, au démarrage du moteur.

Claims (10)

  1. Procédé de contrôle de la richesse d'un moteur (2) à allumage commandé fonctionnant en mélange pauvre, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer in situ (sur véhicule) un recalage d'au moins une première sonde (5) en plusieurs points de fonctionnement correspondant à des richesses différentes, grâce à une deuxième sonde (4) ; la première sonde (5) étant placée sur la ligne d'échappement (1) dudit moteur (2) de façon à mesurer de façon proportionnelle la richesse du fluide s'écoulant dans ladite ligne d'échappement ; ladite deuxième sonde (4) étant placée sur la ligne d'échappement (1) et destinée à fournir l'information nécessaire au recalage de ladite première sonde (5), et en ce que l'on réalise ledit recalage en au moins trois points de fonctionnement dont l'un à richesse nulle.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réalise un recalage utilisant un point de fonctionnement autour de la richesse 1.
  3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le recalage à richesse nulle est réalisé lorsque le moteur est à l'arrêt.
  4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réalise un recalage autour d'un troisième point de fonctionnement correspondant à une richesse quelque peu supérieure à 1.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le recalage autour de la richesse nulle s'effectue par un apport d'air supplémentaire en amont du ou des points de mesure.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit moteur est alimenté au gaz.
  7. Dispositif de contrôle de richesse destiné à mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins une première sonde (5), placée sur une ligne d'échappement (1) équipée d'un catalyseur (3), et destinée à mesurer de façon proportionnelle la richesse du fluide s'écoulant dans ladite ligne d'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une deuxième sonde (4) placée sur la ligne d'échappement (1) et des moyens destinés à fournir l'information nécessaire au recalage de ladite première sonde (5) en au moins trois points de fonctionnement, dont l'un à richesse nulle, pendant le fonctionnement du moteur, lesdit moyens utilisant l'information de ladite deuxième sonde.
  8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend / une pompe (6) destinée à injecter de l'air dans ladite ligne d'échappement (1) en amont de ladite première sonde (5).
  9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la pompe (6) est une pompe électrique.
  10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite deuxième sonde (4) est une sonde de type tout ou rien utilisée notamment pour déterminer des richesses proches de l'unité.
EP95402920A 1994-12-29 1995-12-22 Procédé et dispositif de contrÔle de la richesse d'un moteur à allumage commandé Expired - Lifetime EP0719918B1 (fr)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9415898 1994-12-29
FR9415898A FR2728940A1 (fr) 1994-12-29 1994-12-29 Procede et dispositif de controle de la richesse d'un moteur a allumage commande

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EP0719918A1 EP0719918A1 (fr) 1996-07-03
EP0719918B1 true EP0719918B1 (fr) 1998-09-02

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EP95402920A Expired - Lifetime EP0719918B1 (fr) 1994-12-29 1995-12-22 Procédé et dispositif de contrÔle de la richesse d'un moteur à allumage commandé

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AT (1) ATE170596T1 (fr)
DE (1) DE69504468T2 (fr)
ES (1) ES2121316T3 (fr)
FR (1) FR2728940A1 (fr)

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