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FR2834755A1 - Moteur a combustion interne muni d'un dispositif de commande des gaz d'echappement et procede de commande des gaz d'echappement - Google Patents

Moteur a combustion interne muni d'un dispositif de commande des gaz d'echappement et procede de commande des gaz d'echappement Download PDF

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FR2834755A1
FR2834755A1 FR0300590A FR0300590A FR2834755A1 FR 2834755 A1 FR2834755 A1 FR 2834755A1 FR 0300590 A FR0300590 A FR 0300590A FR 0300590 A FR0300590 A FR 0300590A FR 2834755 A1 FR2834755 A1 FR 2834755A1
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Toyota Motor Corp
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Abstract

Dans un moteur à combustion interne muni d'un dispositif de commande des gaz d'échappement, la matière particulaire produite en liaison avec la combustion de l'essence dans une chambre de combustion est oxydée par un dispositif de commande des gaz d'échappement disposé dans un passage d'échappement. Le moteur inclut un moyen de changement de commande du rapport air-carburant pour changer entre une commande par contre-réaction vers un rapport air-carburant stoechiométrique, avec pour effet qu'une quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement est réduite, et une commande par contre-réaction vers un côté combustion pauvre, avec pour effet que la quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement est accrue, si la vitesse d'oxydation de la matière particulaire dans le dispositif de commande des gaz d'échappement disposé dans le passage d'échappement est lente, ou si la quantité de dépôt de la matière particulaire est importante.

Description

d'échappement avec une composition riche ou pauvre.
MOTEUR A COMBUSTION INTERNE NUNI D'UN DISPOSITIF DE
COMMANDE DES GAZ D'ECHAPPEMENT ET PROCEDE DE COMMANDE DES GAZ
D'ECHAPPEMENT
La présente invention se rapporte à la commande des matières particulaires produites depuis un moteur à combustion
interne et, plus particulièrement, depuis un moteur à essence.
La matière particulaire dans les gaz d'échappement du moteur, incluant de petites particules de suie et analogues est typiquement un problème dans les moteurs diesels. Diverses technologies pour supprimer la matière particulaire des gaz d'échappement des moteurs diesels ont été développées. Une telle technologie est décrite, par exemple, dans la publication de demande de Brevet examinée, japonaise N 7-106 290. Toutefois, la matière particulaire est produite non seulement à partir des moteurs diesels, mais également à partir des moteurs à essence. En particulier, les moteurs à essence du type à injection directe peuvent produire de la fumée dû à une concentration de carburant excessivement élevée à proximité des bougies d'allumage pendant un mode de combustion côté pauvre stratifié dans lequel une faible quantité de carburant disposée en un état stratifi-é dans les chambres de combustion est brûlée. En conséquence, il existe une forte demande pour la suppression appropriée de la matière particulaire présente dans la fumée. Puisque les moteurs à essence diffèrent des moteurs diesels en ce qui concerne le carburant et également en ce qui concerne les conditions de fonctionnement du moteur dues à une différence de carburant, il est nécessaire de considérer la suppression de la matière
particulaire spécifiquement pour les moteurs à essence.
C'est un but de l' invention d'effectuer une suppression plus efficace de la matière particulaire produite par un
moteur à essence.
L' invention adapte le moyen décrit ci-dessous dans un moteur à combustion interne dans lequel la matière particulaire produite en liaison avec la combustion de l' essence dans une chambre de combustion est soumise à un
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traitement d'oxydation par un dispositif de commande des gaz
d'échappement disposé dans un passage d'échappement.
Fondamentalement, si on suppose une condition de fonctionnement o une vitesse d'oxydation de la matière S particulaire diminue, ou si une quantité de matière particulaire déposée est au moins d'une quantité prédéterminée, un rapport air-carburant est décalé vers un côté plus pauvre du présent rapport air-carburant par un moyen de commande de rapport air-carburant, de façon à augmenter l'aliment d'oxygène. A cette fin, divers moyens sont concevables. Dans cette invention, dans un moteur st_chiométrique (un moteur st_chiométrique du type à injection par orifice, ou un moteur st_chiométrique du type à ingoction directe) capable de fonctionner au rapport air-carburant st_chiométrique, par
exemple, un moyen de changement de commande de rapport air-
carburant est prévu pour changer entre une commande par contre-réaction vers le rapport air-carburant st_chiométrique, avec pour effet que la quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement est réduite et une commande de contre-réaction vers un côté combustion côté pauvre avec pour effet que la quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement est accrue, en conformité avec un état de la mat ière part iculaire dans le dispositif de commande des gaz d'échappement disposé dans le
passage d'échappement.
Dans cette structure, il est désirable que le moteur à
combustion interne comporte un moyen de commande par contre-
résction pour commander par contre-résction le rapport air-
carburant à une valeur cible prédéterminée sur la base d'une sortie d'un capteur de concentration d'oxygène disposé dans le
passage d'échappement.
Le moteur à combustion interne peut inclure un premier moyen de commande de rapport air-carburant pour effectuer une commande de contre-réaction st_chiométrique avec la valeur cible étant établie au rapport aircarburant st_chiométrique, et un second moyen de commande de rapport aircarburant pour effectuer une commande de contre-réaction côté pauvre dans laquelle une quantité de carburant est rendue faible
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relativement au rapport air-carburant st_chiométrique, dans lequel, en principe, la commande par le premier moyen de commande de rapport aircarburant est effectuée et le moyen de commande est changé au second moyen de commande de rapport air-carburant en conformité avec un état de la matière particulaire dans le dispositif de commande des gaz d'échappement. Dans l' invention, il est préférable que le dispositif de commande des gaz d'échappement inclue au moins un dispositif de filtre dans lequel un filtre capable d'oxyder et de supprimer la matière particulaire est chargé avec un absorbour de NOx (libérateur d'oxygène actif), un dispositif de filtre chargé avec un catalyseur d'oxydation, et un dispositif de filtre dans lequel un filtre non chargé avec un catalyseur est disposé, et un catalyseur pour l'oxydation NO en NO2 est disposé en aval du filtre, et dans lequel la matière particulaire est oxydée par NO2. Il devrait être apparent que le dispositif de commande des gaz d'échappement peut être un filtre simple qui n'est pas chargé avec un catalyseur ou
analogues.
En outre, dans l' invention, les exemples de la condition pour changer la commande à la commande de contre-réaction côté pauvre effectuce par le second moyen de commande de rapport air-cardurant inclut l'hypothèse d'une condition de fonctionnement o la vitesse d'oxydation de la matière particulaire diminue. Il est également possible de prévoir un moyen de détection d'état de dépôt pour détecter un état de dépôt de la matière particulaire. Dans cette structure, si une quant ité de mat ière part iculaire déposée atteint au moins une quantité prédétermince, la commande de contre-résction est changée à la commande de contre-réaction côté pauvre effectuée
par le second moyen de commande de rapport air-carburant.
En outre, si la température du dispositif de commande des gaz d'échappement est au moins une valeur prédétermince, la commande de contre-réaction peut être changée à la commande de contre-réaction côté pauvre effectuée par le second moyen de commande de rapport air-carburant après que la température diminue. Si la commande par contre-réaction côté pauvre est
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effectuée dans une condition o la température est élevée et qu'une quantité considérable de matière particulaire est déposée, on a pour risque que la matière particulaire brûle soudainement et entraîne, en conséquence, un endommagement par fusion sur le. dispositif de commande des gaz d'échappement (filtre). En outre, si le dispositif de commande des gaz d'échappement (filtre) est chargé avec un catalyseur, il peut en résulter la dégradation thermique du catalyseur. En conséquence, dans cette structure, si la température du dispositif de commande des gaz d'échappement (filtre) est
élevée, la commande est changée à la commande par contre-
réaction côté pauvre après une certaine chute de température.
Dans la structure décrite ci-dessus, il est approprié de faire fonctionner le moteur au moment du démarrage à froid par l'intermédiaire d'une commande en boucle ouverte sans effectuer la commande par contre- réaction par le premier moyen ou le second moyen de commande, ou de changer ultérieurement la commande à la commande par contre-réaction côté pauvre effectuée par le second moyen de rapport de commande de rapport air-carburant. Dans ce cas, il est également approprié d' adopter une structure dans laquelle pendant un démarrage du moteur à froid, la commande par contre-résction par le premier moyen de commande de rapport air-carburant est effectuce à condition qu'une condition de démarrage de la commande par contre-réaction soit satisfaite et, après ceci, la commande
par contre-résction est changée à la commande par contre-
réaction côté pauvre effectuée par le second moyen de commande de rapport air-carburant lorsque le dispositif de commande de
gaz d'échappement atteint une température d' activation.
Pendant le démarrage à froid, une quantité particulièrement importante de matière particulaire est produite. En conséquence, en démarrant la commande par contre-réaction au moment du démarrage du moteur, la seconde commande du rapport air-carburant est tout d'abord lancée de façon à délivrer une quantité accrue d'oxygène et accélérant, en conséquence, l'oxydation de la matière particulaire. En incluant l'état d'activation du dispositif de commande des gaz d'échappement s 2834755 (filtre) comme condition pour la commande, il devient possible
de supprimer la matière particulaire de manière plus fiable.
Il est également approprié d' adopter une structure dans laquelle, pendant un fonctionnement du moteur à charge élevée, une commande en boucle ouverte du rapport air-carburant est effectuée et, au moment de la transition de cet état de commande à une commande par contre-réaction, la commande est changée de la commande en boucle ouverte à la commande par contre-réaction côté pauvre effectuée par le second moyen de commande de rapport air-carburant. La quantité de production de matière particulaire est également grande pendant le fonctionnement à charge élevée. En conséquence, lorsque l'état de fonctionnement change d'un fonctionnement de charge élevée à un fonctionnement o la commande par contre-réaction est possible, le second moyen de commande de rapport air-carburant avec la contre-réaction côté pauvre est tout d'abord lancé de façon à augmenter la quantité d'alimentation en oxygène et, en
conséquence, supprimer la matière particulaire.
Dans la commande précédente, il est également approprié d' adopter une structure dans laquelle la commande par contre réaction est retournée de la commande par contre-réaction côté pauvre à la commande par contrerésction st_chiométrique si une quantité prédéterminée d'oxygène était délivrée au
dispositif de commande des gaz d'échappement.
Comme pour le second moyen de commande de rapport air carburant, l'obtention d'un rapport air-carburant légèrement pauvre par rapport au rapport st chiométrique est suffisante
comme résultat de la commande par contre-réaction côté pauvre.
Il devrait être apparent que les structures précédemment mentionnées peuvent être combinées de différentes manières possibles. Ce qui précède et autres buts, caractéristiques et avantages de l' invention deviendront apparents à partir de la
description suivante des modes de réalisation préférés en se
référant aux dessins annexés, sur lesquels des références numériques identiques sont utilisées pour représenter des éléments identiques et parmi lesquels:
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la FIG. 1 est un schéma simplifié illustrant une structure de circuits d'un mode de réalisation de l' invention; la FIG. 2 est un organigramme illustrant le calcul de la quantité de carburant injecté; la FIG. 3 est un diagramme concepLuel indiquant une relation entre la forme d'onde de sortie d'un capteur de O2 et un facteur de correction du rapport aircarburant FAF; la FIG. 4 est une partie d'un organigramme illustrant une commande du rapport air-carburant basée sur la sortie du capteur de O2 i la FIG. 5 est une autre partie de l'organigramme illustrant la commande du rapport air-carburant basée sur la sortie du capteur de O2; les FIGS. 6A à 6D sont des chronogrammes pour une illustration supplémentaire de l'organigramme des FIGS. 4 et ; la FIG. 7 est un diagramme illustrant une commande par contre-réaction côté pauvre basée sur le changement de la tension de sortie du capteur de O2; les FIGS. 8A à 8D sont des diagrammes illustrant la commande par contre-réaction côté pauvre qui est exécutée si la température du filtre chute à ou en dessous d'une température d'oxydation sûre de la matière particulaire; les FIGS. 9A à 9C sont des diagrammes illustrant un exemple 1 de la commande par contre-réaction côté pauvre correspondant à la production de matière particulaire au moment du démarrage du moteur à froid; les FIGS. 10A à 10C sont des diagrammes illustrant un exemple 2 de commande par contre-réaction côté pauvre correspodant à la production d'une matière particulaire au moment du démarrage du moteur à froid; et la FIG. 11 est un diagramme illustrant un exemple de commande par contre-réaction côté pauvre correspondant à la production de matière particulaire au moment d'un
fonctionnement à charge élevoe.
Des modes de réalisation préférés seront décrits par la
suite en se référant aux dessins annexés.
7 2834755
<MODE DE REALISATION D' UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE MUNI
D' UN DISPOSITIF DE COMMANDE DES GAZ D'ECHAPPEMENT>
On décrira, tout d'abord, un moteur à essence qui est un
moteur à combustion interne auquel l' invention est appliquée.
s La FIG. 1 est un schéma simplifié illustrant une structure globale d'un moteur à essence muni d'un dispositif de commande des gaz d'échappement. La FIG. 1 montre un bloc moteur à combustion interne 11, un passage d' admission 12 et un débiLmètre d'air 13 disposé dans le passage d'admission 12. Le débiLmètre d' air 13 mesure directement le déLit de l ' air d' admission. Le débitmètre d'air employé dans ce mode de réalisation est. par exemple, un débiLmètre d' air du type à aube mobile avec un potentiomètre incorporé et génère un signal de sortie d'une tension analogique proportionnelle au débit de l'air d'admission. Le signal de sortie du débiLmètre d'air est entré dans un convertisseur A/N muni d'un multiplexcur 101 disposé dans un circuit de commande 20. Un distributeur 14 est muni d'un capteur d' angle de vilebrequin qui génère un signal impulsionnel à des fins de détection de position de référence à chaque 720 en termes d' angle de vilebrequin, et un capteur d' angle de vilebrequin 16 qui génère un signal impulsionnel à des fins de détection d' angle de vilebrequin à chaque 30 de l' angle de vileUrequin. Des signaux impulsionnels provenant des capteurs d' angle de
vilebrequin 15, 16 sont délivrés à une interface d'entrée-
sortie 102. La sortie du capteur d' angle de vilebrequin 16 est
délivrce à une borne d' interruption d'une unité centrale 103.
En outre, le passage d'admission 12 est muni de soupapes d' injection de carburant 7 pour délivrer du carburant sous pression depuis un système d'alimentation en carburant aux orifices d'admission des cylindres individuels. Une soupape d'étranglement 26 du passage d'admission 12 est prévue avec un interrupteur de ralenti 27 qui génère un signal indiquant si la soupape d'étranglement 26 est dans un état totalement fermé, c'està-dire un signal LL. Le signal de sortie d'état au ralenti LL est délivré à l' interface d'entrée-sortie 102 du
circuit de commande 20.
Dans ce mode de réalisation, le passage d'admission 12 comporte un passage de contournement 21 qui contourne la soupape d'étranglement 26 et une soupape de commande de vitesse de ralenti (soupape ISC) 22 qui commande le débit d'air passant par le passage de contournement 21. La soupape ISC 22 est une soupape de commande d'écoulement qui est activée par un type approprié d'organe de commande, par exemple, un moteur pas à pas ou analogues. La soupape ISC 22 opère lors d'un signal de sortie du circuit de commande 20. La soupape ISC 22 est utilisoe pour commander la vitesse au ralenti du moteur à une vitesse de rotation cible en ajustant le débit d'air aspiré dans le moteur pendant une opération au ralenti. Dans ce mode de réalisation, la soupape ISC 22 fonctionne comme une partie d'un moyen de chanffage de catalyseur pour élever à la température d'un catalyseur en augmentant la vitesse au ralenti du moteur et en augmentant, en conséquence, le déLit de l'échappement si le catalyseur n'a
pas été activé.
Une chemise d'eau 18 d'un bloc cylindre du bloc moteur 11 est munie d' un capteur de température d' eau 19 pour détecter la température de l'eau de refroidissement. Le catalyseur de température d'eau 19 génère un signal électrique d'une tension analogique correspondant à la température de l'eau de refroidissement. La sortie du capteur de température d'eau 19
est également délivrée au convertisseur A/N 101.
Disposé dans un système d'échappement en aval du collecteur d'échappement 31 du bloc moteur 11 se trouve un convertisseur catalytique 32 qui contient un catalyseur à trois voies pour enlèvement simultané de trois composants nuisibles des gaz d' échappement c' est-à-dire HC, CO et NOx. Le collecteur d'échappement 31 placé en amont du convertisseur catalytique 32 est muni d'un capteur de rapport air-carburant (dans ce mode de réalisation, un capteur de 02 qui détecte la
concentration en oxygène) 33.
Le capteur de O2 33 détecte la concentration d'une composante d'oxygène dans les gaz d'échappement et génère une tension de sortie qui varie en fonction du fait que le rapport air-carburant est sur le côté riche ou le côté pauvre du
9 2834755
rapport air-carburant st_chiométrique. La tension de sortie du capteur de O2 33 est délivrce au convertisseur A/N 101 du
circuit de commande 20.
Le cTrcuit de commande 20 est formé comme, par exemple, un microordinateur et il comporte un mémoire morte 104, une mémoire vive 105, une mémoire vive de sauvegarde 106, un circuit de génération d'horloge 107, etc., en dehors du convertisseur A/N 101, de l' interface d'entrée-sortie 102 et
de l'unité centrale 103.
Dans ce mode de réalisation, le circuit de commande 20 effectue les commandes de base telles que la commande d' injection de carburant du bloc moteur 11, la commande de l'allumage, etc. En outre, le circuit de commande 20 réalise divers moyens fonctionnels de l' invention tels qu'un moyen de commande du rapport air-carburant pour commander le rapport aircarburant du moteur, un moyen de détection d'état d' activation du catalyseur pour détecter si le catalyseur 32 est à un état activé, un moyen d' activation de catalyseur pour effectuer le chauffage du catalyseur en commandant la soupape ISC 22 et en retardant le moment de l'allumage du moteur, un moyen de changement de rapport air-carburant, un moyen de détection d'état de dépôt pour détecter l'état de dépôt de la
matière particulaire, etc., via des programmes.
Le circuit de commande 20 inclut, en outre, un décompteur 108, une bascule 109 et un circuit d'attaque 110 qui opèrent pour commander la soupape d'ingection du carburant 7. C'est-à dire que, lorsqu'une quantité d'injection de carburant (durce d'injection TAU) est calculée dans un programme décrit ci dessous, la durée d' injection TAU est préétablie dans le décompteur 108, et la bascule 109 est établie. Il s'ensuit que le circuit d'attaque 110 commence à exciter la soupape d' injection de carburant 7. Si le décompteur 108 compte les signaux d'horloge (non indiqués sur les dessins) de sorte que la borne de sortie du décompteur 108 atteint finalement un niveau "1", la bascule 109 est mise à un pour arrêter l' excitation de la soupape d'injection de carburant 7. C'est àdire que la soupape d' injection de carburant 7 est excitée pendant la durée d'injection de carburant TAU et, en o 2834755 conséquence, une quantité de carburant correspondant à la durée TAU est délivrée à une chambre de combustion
correspondante du bloc moteur 11.
L' interface d'entrée-sortie du circuit de commande 20 est reliée à un circuit d'allumage 112 de façon à commander le moment de l'allumage du bloc moteur 11. C'est-à-dire qu'après l'entrée du signal impulsionnel d' angle de vilebrequin de référence provenant du capteur d' angle de vilebrequin 16 dans l' interface d'entrée-sortie 102, le circuit de commande 20 sort un signal d'allumage vers le circuit d'allumage 102 chaque fois que l' angle de vilebrequin atteint un angle de rotation prédéterminé. De cette manière, le circuit de commande 20 amène les bougies d'allumage (non représentées) dès cylindres individuels à produire des étincelles. Comme pour le moment de l'allumage du bloc moteur 11, des valeurs optimales sont pré-mémorisoes dans la mémoire morte 104 du circuit de commande 20 sous la forme d'une fonction des conditions de fonctionnement du moteur, telles que la charge (par exemple, la quantité d'air d' admission par rotation du moteur), la vitesse de rotation du moteur, etc., et un moment d'allumage est déterminé en conformité avec les conditions de fonctionnement. Les donnces de température d'eau de refroidissement et les données de quantité d'air d'admission provenant du débiLmètre d'air 13 sont entrées et mémorisces dans des zones prédéterminées dans la mémoire vive 105 par un programme de conversion A/N exécuté à chaque instant prédéterminé ou à chaque angle de vilebrequin prédéterminé. C'est-à-dire que les donnces de quantité d' air d' admission et les donnces de température d'eau de refroidissement dans la mémoire vive 105 sont mises à j our à chaque instant prédéterminé. Les données de vitesse de rotation sont calculées et sont mémorisces dans une zone prédéterminée de la mémoire vive 105 par une interruption à chaque 30 CA (angle de vilebrequin) basé sur
le capteur d' angle de vilebrequin 16.
Bien que ce mode de réalisation était décrit en liaison avec un moteur à essence du type à injection à orifice dans lequel le carburant est injecté depuis les soupapes d' injection de carburant 7 dans les orifices d' admission, le moteur à essence peut être un moteur à essence du type à ingection directe dans lequel les soupapes d'injection de carburant sont disposées dans une tête de cylindre de façon à
s injecter directement le carburant dans les cylindres.
<CATALYSEUR A TROIS VOIES: FILTRE>
Le catalyseur à trois voies contenu à l'intérieur du convertisseur catalytique 32 est formé par le dépôt d'une couche mince de métaux nobles tels que platine (Pt) + rhodium (Rh), ou platine (Pt) + rhadium (Rh) + Palladium (Pd) etc., sur des surfaces d'alumine. Le catalyseur amoindrit simultanément trois composants des gaz d'échappement, c'est-à dire CO, HC et NOx, par l'intermédiaire des réactions suivantes: t5 (02, NOx)+(CO, HC, H2) N2+ H2O + CO2 En plus du catalyseur à trois voies, un! filtre à particules (PF) peut être prévu comme dispositif de commande
des gaz d'échappement en aval du catalyseur à trois voies.
Le filtre à particules (PF) présente une structure en nid d'abeilles du type à écoulement, généralement appelé écoulement par paroi qui comporte une pluralité de passages
d'échappement qui s'étendent en parallèle les uns aux autres.
Le filtre à particules est formé à partir de, par exemple, un matériau poreux tel que la cordérite ou analogues. Sur les 2s parois internes des pores, une couche de support constituée, par exemple, d'alumine est formoe. Supportés sur le support sont un catalyseur en métal noble et un agent de libération d'oxygène actif qui prélève et stocke l'oxygène si de l'oxygène en excès est présent près de l' agent et qui libère l'oxygène stocké sous la forme d'oxygène actif si la
concentration en oxygène près de l' agent devient plus faible.
Comme dispositif de commande des gaz d'échappement, un filtre peut être utilisé qui est formé en supportant un absorbour de NOx (libérateur d'oxygène actif) sur un filtre qui est capable d'oxyder et de supprimer la matière particulaire. Dans ce filtre, un support de, par exemple, alumine est chargé avec un métal noble, tel que platine Pt ou analogues et au moins un élément choisi parmi les métaux
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alcalins tels que potassium K, sadium Na, lithium Li, césium Cs, etc., des terres alcaline, telles que barium Ba, calaium Ca, etc., des terres rares telles que lanthanum La, yttrium Y. etc. Lorsque le rapport entre l'air et le carburant délivrés dans le passage d'échappement en amont du catalyseur de NOx et
le passage d'admission du bloc moteur est appelé rapport air-
carburant des gaz d'échappement entrants qui s'écoulent dans le catalyseur du NOx, ce catalyseur du NOx absorbe le NOx lorsque le rapport air-carburant des gaz d'échappement entrants est pauvre du côté st_chiométrique et libère le NOx stocké lorsque la concentration en oxygène dans les gaz
d'échappement entrants devient faibie.
En outre, comme dispositif de commande des gaz d'échappement, un filtre chargé d'un catalyseur d'oxydation peut étre utilisé. Le catalyseur d'oxydation est formé par, par exemple, le chargement des surfaces d'alumine granulaire appelées généralement pastilles de catalyseur, avec une couche mince de métal noble constituée de, par exemple, palladium (Pd) , palladium + platine (Pt), etc. Le catalyseur d'oxydation facilite l'oxydation de CO et HC présents dans les gaz
d'échappement en COz et H202, qui sont non nuisibles.
De méme, on peut utiliser comme dispositif de commande des gaz d'échappement une combinaison d'un filtre qui ne supporte pas de catalyseur sur celui-ci et d'un catalyseur par oxydation de NO en NO2 qui est disposé en amont du filtre. Dans ce dispositif de commande des gaz d'échappement, du NO2 est
utilisé pour oxyder la matière particulaire.
<COMMANDE D'INdECTION DE CARBURANT> On décrira ci-dessous une commande d' injection de carburant dans le mode de réalisation de l' invention construit comme décrit ci-dessus. Cette commande est exécutée par le
circuit de commande 20.
L'état o la performance de commande des gaz d'échappement du catalyseur à trois voies peut être prévue est limité à une
plage étroite de rapport air-carburant près du rapport air-
carburant st_chiométrique. De ce fait, il est essentiel que la quantité de carburant injecté soit commandée en une quantité qui obtient une combustion complète avec la quantité d'oxygène aspiré (le rapport aircarburant, dans ce cas, est le rapport
air-carburant st_chiométrique).
Toutefois, si le rapport air-carburant est commandé au rapport aircarburant st_chiométrique, des problèmes peuvent se produire dans certains cas, par exemple, la performance en fonctionnement, la sécurité du moteur, l'économie en carburant, etc. De ce fait, il est nécessaire d'effectuer diverses corrections. A cette fin la commande d' injection de
carburant est nocessaire.
La commande de combustion côté pauvre est accomplie également par l'intermédiaire de la commande d'injection de carburant. La commande d'injection de carburant est réalisée par l'unité centrale 103 commandant le moment d'attaque du circuit d'attaque 110 des soupapes d'injection de carburant 7 (durce d'injection de carburant TAU = quantité d' injection de carburant). La durce d' injection de carburant TAU (= quantité d'ingoction de carburant) varie entre le moment du démarrage du moteur et le moment du fonctionnement du moteur après le
démarrage. I1 convient de noter que, dans la description ci-
dessous, la durée d'ingection et la quantité d'injection de
carburant signifient la même chose.
À La quantité d'injection de carburant au moment du démarrage peut être déterminée par, par exemple, la manière suivante. Si une soupape d' injection de carburant de démarrage du moteur est prévue en plus d'une soupape d' injection de carburant principale, le carburant est continuellement injecté via la soupape d'injection de carburant dedémarrage pendant une durée prédéterminée (déterminée par la température de l'eau) au moment du démarrage du moteur par l'intermédiaire d'une commande en bouale ouverte. L'lnjection est arrêtée lorsque la vitesse de rotation du moteur atteint ou dépasse
une valeur prédéterminée.
D'autre part, dans le cas des soupapes d' injection de carburant principales, la durée d'injection du carburant TAU
14 2834755
(quantité d' injection de carburant) est détermince par l'équation suivante: TAU = TAUSTU x FTHA + TAUV TAUSTU: la durée d'injection de base de démarrage (quantité diinjection) qui est détermince par la température de l'eau de refroidissement et qui augmente avec une
diminution de la température de l'eau.
FTHA: une valeur de correction de température d' admission qui est diminuce avec une augmentation de la température d' air d' admission, du fait que la densité d'air varie avec la
température de l ' air d' admission.
TAUV: la durce d' injection invalide. La soupape d'ingection de carburant a un retard d'actionnement entre l' application d'une tension d'attaque à celle-ci et l'ouverture de la soupape, et a également un retard dans la fermeture. Le temps de retard est plus long au moment de l'ouverture de la soupape qu'au moment de la fermeture de la soupape. En conséquence, si un essai simple est effectué pour application d' une tension d'attaque à la soupape d' injection de carburant pendant une durée correspondant à la quantité de carburant qui doit être récllement aspirée dans le cylindre, la durée d'ouverture de la soupape rcelle devient plus courte que prévu (la quantité d' injection de carburant est moindre que celle prévue). La durée pendant laquelle l'injection de carburant depuis la soupape d' injection de carburant n'est pas effectuée est appelée durée d' injection invalide. La durée d' injection invalide TAUV est une quantité de correction pour corriger la durée d' injection de carburant de sorte que la quantité de carburant réellement injectée sera égale à une
valeur requise.
À Quantité d'injection de carburant (durée) après démarrage Après le démarrage, le moteur est mis en _uvre sur la base de la quantité d'injection de carburant déterminée par l'équation suivante:
TAU = TAUP FWL (FAF+FG) (FASE + FAE + FOTP + FDE(D))
FFC + TAUV
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TAUP: la quantité d' injection de base (durée d'injection), c'est-à-dire une valeur de base de la quantité d'injection de carburant détermince sur la base de la quantité d' air aspiré par une seule course d'admission ou temps d' admission (qui est détermince depuis une valeur détectée par
le capteur).
FWL: l' augmentation du chauffage. Puisque pendant le chanffage, un rapport air-carburant riche en carburant est nécessaire dû à la médiocre atomisation du carburant, une correction croissante de la quantité de carburant est effectuée pour déplacer le rapport air-carburant sur le côté riche pendant le chauffage. L' augmentation pendant le chanffage est obtenue en corrigeant une valeur de correction qui correspond à la température de l'eau de refroidissement par un facteur de correction basé sur la vitesse de rotation
du moteur.
FAF: le facteur de correction de contre-réaction du
rapport air-carburant. Afin de commander le rapport air-
carburant à une plage (près du rapport air-carburant st_chiométrique) o une bonne efficacité de commande du gaz d'échappement du catalyseur à trois voies est attendue, le présent rapport air-carburant est détecté depuis la valeur de sortie du capteur d'oxygène et le rapport aircarburant est commandé par contre-réaction de façon à entrer dans la plage
précédemment mentionnée.
FG: le facteur d'apprentissage de rapport air-carburant.
La quantité nscessaire d' injection de carburant varie en fonction des différences individuelles du moteur est change au
cours du temps dans les mêmes conditions de fonctionnement.
Pendant la commande par contre-réaction du rapport air-
carburant, la différence entre la valeur réellement nocessaire
et la valeur calculée est corrigée par la commande par contre-
réaction. Toutefois, lorsque la commande par contre-réaction n'est pas effectuée, la différence apparaît directement et, en 3s conséquence, le rapport air-carburant dévie. De ce fait, la
quantité de correction effectuée par la commande par contre-
réaction est mémorisce en mémoire et est touj ours corrigée, de
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façon à éliminer la différence précédemment mentionnce dans
tous les états de fonctionnement du moteur.
FASE: l'accroissement après démarrage. Immédiatement après le démarrage, les orifices et leurs environnements sont secs. Afin de mouiller les régions des orifices et en conséquence, empêcher un calage du moteur, la quantité d'injection de carburant est accrue pendant une durce prédétermince après le démarrage. La valeur initiale de FASE est détermince sur la base de la température de l'eau de refroidissement se produisant au moment du démarrage. Après ceci, la valeur de FASE est réduite à chaque injection de carburant prédétermince. La réduction de FASE se termine
lorsque FASE = 0 est atteint.
FAE: l'accroissement de l'accélération. Au moment de l'accélération, la pression du tuyau d'admission s'élève (diminution de pression négative) de sorte que, parmi la quantité de carburant injecté, la quantité de carburant déposé
sur les soupapes d'admission et leurs environnements augmente.
Un certain temps est requis avant que le carburant déposé entre dans les chambres de combustion. De ce fait, pendant l'accélération, le rapport air-cardurant devient pauvre par rapport au rapport st_chiométrique à moins que la quantité d' injection de carburant soit accrue par une quantité correspondant à l' augmentation de la quantité du dépôt du carburant. L'accroissement de l'accélération FAE compense
l' augmentation de la quantité de dépôt de carburant.
FOTP: l'accroissement OTP. Au moment d'un fonctionnement à charge élevée ou à vitesse élevée, la température des gaz d'échappement devient élevée de sorte qu'il se produit un risque d'endommagement thermique sur les parties constitutives du système d'échappement. En conséquence, le rapport air carburant est déplacé vers le côté riche du rapport air carburant st_chiométrique pour réduire la température du gaz d'échappement. FDE(D): l'accroissement de décélération (diminution). Au moment de la décélération, le débitmètre sort une valeur de détection qui est plus petite que la valeur rcelle due à un sous-dépassement. Afin de compenser la valeur réduite, une
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augmentation est délivrée au moment de la décélération. En outre, au moment de la décélération, la pression négative du tuyau d'admission croît de sorte que le carburant déposé sur le tuyau d'admission s'évapore et est aspiré dans les chambres de combustion. Afin de compenser cette quantité de carburant
aspiré, la quantité d'ingection de carburant est diminuée.
FFC: le facteur de correction de temps de discontinuité de couqure de carburant. Dans certains cas, la coupure de carburant est effectuée pour améliorer l'économie en carburant. Afin d'empêcher un choc provoqué par une augmentation nette du couple au moment de la discontinuité de la coupure de carburant, la quantité d' injection de carburant est réduite pendant une élévation du couple uniformément de la
discontinuité de la coupure de carburant.
TAUV: le temps d'ingection invalide.
Pour faciliter la compréhension, l'équation précédemment
mentionnce est simplifiée en TAU = TAUP FAF p+.
La FIG. 2 illustre un programme de calcul d'une quantité d' injection de carburant par l' intermédiaire de l 'utilisation de l'équation. Ce programme est exécuté à chaque angle de vilebrequin prédéterminé, par exemple 360 . A une étape S101, les donnces de quantité d' air d'admission Q et les données de vitesse de rotation Ne sont extraites de la mémoire vive 105 et la quantité d'injection de carburant de base TAUP (TAUP est
la durce d' injection de carburant pour obtenir le rapport air-
carburant st_chiométrique) est calculée. Par exemple, le calcul est effectué comme dans TAUP± ÀQ/Ne (a est une constante). A une étape S102, une quantité d'injection de carburant finale TAU est calculée comme dans TAU±TAUPeFAFe + y. Ultérieurement, à une étape S103, la quantité d'injection TAU est établie dans le décompteur 108 et la bascule 109 est
mise à un, de façon à lancer l' injection de carburant.
Ultérieurement, à une étape 104, ce programme se termine.
Comme on l'a décrit ci-dessus, lorsque la durée correspondant à la quantité d' injection de carburant TAU s 'écoule, la bascule 109 est remise à zéro par le signal de sortie du décompteur 108, de sorte que l' injection de carburant se termine.
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De la manière décrite ci-dessus, la quantité d' injection de cardurant est déterminée et l' injection du carburant est
effectuée sur la base de la quantité d'injection de carburant.
Il s'ensuit que le rapport air-carburant est déterminé. C'est-
à-dire que la commande du rapport air-carburant est accomplie.
<COMMANDE PAR CONTRE-REACTION DU RAPPORT AIR-CARBURANT>
En raison de la commande par contre-réaction du rapport air-carburant effectuée par la commande d' injection du cardurant, la commande du rapport air-carburant en conformité
avec l' invention est accomplle.
Cette commande est effectuée par un premier moyen de commande de rapport air-carburant qui est réalisé sur l'unité centrale du circuit de commande 20 par un programme. Le premier moyen de commande du rapport aircarburant est un moyen de commande par contre-réaction côté st_chiométrique pour commander par contre-réaction une valeur cible vers le rapport air-carburant côté st_chiométrique. Si la valeur de sortie du capteur de O2 disposée dans le passage d'échappement est riche par rapport à la st_chiométrie (concentration élevée en se référant au rapport air-carburant st_chiométrique) la quantité d' injection de carburant est réduite. Si la valeur de sortie du capteur de O2 est pauvre côté st_chiométrique (faible concentration en se référant au rapport aircarburant st_chiométrique) la quantité d' injection de carburant est
augmentée.
Un second moyen de commande de rapport air-carburant est réalisé sur l'unité centrale du circuit de commande 20 par un
programme. Le second moyen de commande du rapport air-
carburant est un moyen de commande par contre-réaction côté pauvre pour déplacer le rapport air-carburant vers un rapport
air-carburant plus pauvre.
La FIG. 3 indique une relation entre la valeur de FAF et la forme d'onde de sortie du capteur de O2 utilisé dans la commande par contre-réaction. A la FIG. 3, TDR et TDL sont des réglages de retard caractéristique inverse pour compenser le retard de réponse du capteur d'O2 se produisant au moment de la transition du côté pauvre au côté riche et de la transition du côté riche au côté pauvre. La sensibilité du capteur d' 02 est
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meilleure dans la transition pauvre à riche que dans la transition riche à pauvre. Dans la transition du côté riche au côté pauvre, de l'O2 en excès arrive dans un état o seulement une faible quantité d'oxygène existe autour de la partie de détection du capteur. A l'opposé, dans la transition du côté pauvre au côté riche, l'O2 présent en excès réagit avec HC et CO arrivant, de sorte que la quantité de O2 diminue. Puisque O2 présente une taille moléculaire plus grande que HC et CO, O2 a besoin de plus de temps pour atteindre la partie de détection du capteur que HC et CO. En conséquence, le temps nocessaire avant que le capteur de O2 ne devienne apte à détecter la commutation du rapport air-carburant varie entre les deux
directions de transition, comme décrit ci-dessus.
Pendant la détection du temps de retard dans la transition pauvre à riche (retard de détection côté riche), le capteur de
O2 produit une sortie "pauvre", bien que le rapport air-
carburant recl soit riche côté st_chiométrique. De ce fait, la commande par cont re-réact ion e ffectue une correct ion vers un côté plus riche, de sorte que le rapport air-carburant rcel devient plus riche que la valeur st_chiométrique. Pendant le temps de retard de détection dans la transition riche à pauvre (retard de détection côté pauvre), le capteur de 02 produit une sortie "riche", bien que le rapport air-carburant réel soit pauvre par rapport à la valeur st_chiométrique. En conséquence, la commande par contre-réaction effectue une correction vers un côté plus pauvre de sorte que le rapport air-carburant réel devient encore plus pauvre côté st_chiométrique. Dans une vue générale, puisque le retard de détection côté pauvre est plus long que le retard de détection côté riche, la correction excessive vers un côté plus pauvre continue pendant une durée plus longue que la correction excessive vers un côté plus riche, c'est-à-dire qu'un écart côté pauvre se produit. Afin d'empêcher ce problème, les temps de retard TD (TDR > TDL) ayant des caractéristiques inverses par rapport au temps de retard précédemment mentionné sont établis. A la FIG. 3, RSL et RSR sont les quantités d' injection de carburant qui sont corrigées pas à pas au moment de la
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transition riche à pauvre et de la transition pauvre à riche.
RSL est appelée constante de saut pauvre et RSR est appelée
constante de saut riche.
De même, à la FIG. 3, KIL et KIR représentent des gradients (constantes d'intégration) de correction graduelle de la quantité d' injection de carburant vers le côté pauvre
(riche) pendant l'état riche (pauvre).
L'appareil décrit ci-dessus peut calculer les facteurs de correction de rapport air-carburant FAF sur la base de la sortie du capteur O2 33 par le premier moyen de commande de rapport air-carburant et, en conséquence, peut effectuer une commande par contre-réaction du rapport air-carburant vers le
rapport air-carburant st_chiométrique.
Les FIGS. 4 et 5 illustrent un programme de commande du rapport aircarburant du calaul du facteur de correction du rapport air-carburant FAF. Ce programme est exécuté à chaque durée prédéterminée, par exemple de 4 ms. A une étape 201, il
est déterminé si une condition de boucle fermée (contre-
réaction) pour le rapport air-carburant par le capteur de O2 33 est satisfaite. La condition de boucle fermée n'est pas satisfaite, par exemple, si la température de l'eau de refroidissement est inférieure à ou égale à une valeur prédétermince (par exemple 70 C), ou si le démarrage du moteur est effectué, ou si l' augmentation post-démarrage est effectuce, ou si l' augmentation au démarrage est effectuée, ou si l' augmentation de puissance est effectuée, ou si l' augmentation de quantité d'ingection de carburant pour empêcher le surchauffage du cataIyseur est effectuée, ou si le signal de sortie du catalyseur de O2 33 côté amont n'a pas été inversé, ou si la coupure de carburant est effectuée, etc. Dans les autres cas, la condition de boucle fermée est satisfaite. Si la condition de boucle fermée n'est pas satisfaite, le traitement avance à une étape S225 à la FIG. 5, dans laquelle l'indicateur de contre-réaction du rapport air carburant XMFM est mis à "O". Ultérieurement, à une étape S226, le programme se termine. Le facteur de correction du rapport air-carburant FAF peut être établi à "1, 0". Si la
2, 2834755
condition de boucle fermoe est satisfaite, le programme avance
à une étape S202.
A l'étape S202, la sortie VOM du capteur O2 33 est entrée après sa conversion d'analogique en numérique. Ensuite, à l'étape S203, il est déterminé si le rapport air-carburant est pauvre ou riche côté st_chiométrique sur la base du fait que
VOM est inférieure ou égale à une tension de comparaison VR1.
La tension de comparaison VR1 est normalement une tension au centre de l'amplitude de la sortie du capteur O2. Dans ce mode de réalisation, VR1 = 0,45 V. Les étapes S204 à S204 et les étapes S210 à S215 sont des procédures d'établissement d'un indicateur de rapport air-carburant F1 basé sur la valeur de
la sortie du capteur O2 33 détermince à l'étape S203.
L'indicateur de rapport air-carburant F1 indique si le rapport aircarburant des gaz d'échappement en amont du catalyseur 32 est riche ou pauvre côté st_chiométrique. La valeur de l'indicateur est changée de 1 (riche) à 0 (pauvre) ou de 0 à 1 (étapes S207 à S209 et étapes S213 à S215) pour l'opération de décomptage (dans le cas du rapport air carburant pauvre) ou l'opération de comptage (dans le cas du rapport air- carburant riche) d'un compteur de retard CDLY (étapes S206 et S212), lorsque la sortie du capteur de O2 33 côté amont demeure riche ou pauvre côté st_chiométrique pendant au moins une durce prédéterminée (TDL, TDR). La valeur TDL (étapes S207 et S208) est un temps de retard pauvre pour retenir la détermination d'un état riche en dépit du changement de la sortie du capteur de 02 33 du côté riche au côté pauvre et est définie comme valeur négative. La valeur TDR (étapes S213 et S214) est un temps de retard riche pour retenir la détermination d'un état riche en dépit du changement de la sortie du capteur O2 33 du côté pauvre au côté
riche et est définie comme une valeur positive.
Ultérieurement, à une étape S216, il est déterminé si le signal de la valeur de l'indicateur de rapport air-carburant F1 a été inversé, c'est-àdire si le rapport air-carburant après le traitement de retard a été inversé. Si le rapport air-carburant est inversé, il est déterminé, à une étape S217, si l' inversion est de riche à pauvre ou de pauvre à riche sur
22 2834755
la base de la valeur de l'indicateur de rapport air-carburant F1. Si l' inversion est de riche à pauvre, le facteur de correction du rapport aircarburant FAF est accru de manière sautée de FAF±FAF + RSR pour corriger le rapport air-carburant vers un côté plus riche à une étape S218. A l'opposé, si l' inversion est de pauvre à riche, le facteur de correction du rapport air-carburant FAF est diminué de manière sautée de FAF±FAF RSL pour corriger le rapport air-carburant vers un côté plus pauvre à une étape S219. C'est-à-dire qu'un
traitement de saut est exécuté.
S'il est déterminé, à l'étape S216, que le signe de l'indicateur de rapport air-carburant F1 n'a pas été inversé, un traitement d'intégration est effectué aux étapes S220, S221 et S222. C'est-à-dire, qu'à l'étape S220, il est déterminé si F1 = "1". Si F1 = "0" (pauvre), FAF±FAF - KIR est exéauté à l'étape S221. A l'opposé si F1 = "1" (riche), FAF±FAF - KIL est exéauté l'étape S222. Les constantes d'intégration KIR, KIL sont préétablies suffisamment faibles en comparaison aux constantes de saut RSR, RSL, c'est-à-dire KIR (KIL) < RSR (RSL). En conséquence, à l'étape S221, le rapport air carburant est progressivement changé de l'étape pauvre (F1 = "O") vers un côté riche. A l'étape S222, le rapport air carburant est progressivement changé d'un état riche (F1 =
"1") vers un côté pauvre.
Ultérieurement, à une étape S223, le facteur de correction du rapport aircarburant FAF est calculé aux étapes S218, S219, S221 et S222 et conservé à une valeur minimale, par exemple, 0,8, ou à une valeur maximale, par exemple, 1,2. De ce fait, si le facteur de correction du rapport aircarburant FAF devient excessivement grand ou excessivement faible à partir de toute cause quelconque, le rapport air-carburant du moteur est commandé par la valeur de maintien pour empêcher un état sur-riche ou un sur-pauvre. A une étape S224, l'indicateur de contre-réaction du rapport air-carburant XMFB
est mis à "1", et la valeur FAF calculée comme décrit ci-
dessus est mémorisée dans la mémoire vive 105. Ensuite, à une
étape S226, cette boucle se termine.
23 2834755
La procédure décrite ci-dessus est illustrce dans les chronogrammes des FIGS. 6A à 6D. Lorsqu'un signal de rapport ai r-carburant de déterminat ion riche /pauvre A/ F est obtenu à partir de la sortie VOM du capteur O2 33 comme indiqué à la FIG. 6A, le compteur de retard CDLY compte dans le cas de l'état riche ou décompte dans le cas de l'état pauvre, comme
indiqué à la FIG. 6B. I1 s'ensuit qu'un signal de rapport air-
carburant à retard traité A/F (correspondant à l'indicateur de rapport air-carburant F1) est formé comme cela est indiqué à
la FIG. 6C. Par exemple, bien que le signal de rapport air-
carburant A/F change du côté pauvre au côté riche à l' instant tl, le signal de rapport air-carburant retardé A/F est maintenu sur le côté pauvre pendant le temps de retard riche TDR et change sur le côté riche à l' instant t2. Bien que le signal de rapport air-carburant A/F change du côté riche au côté pauvre à l' instant t3, le signal du rapport aircarburant retardé A/F est maintenu sur le côté riche pendant une durce correspondant au temps de retard pauvre (-TDL), et change sur
le côté pauvre à l' instant t4.
Toutefois, si le signal de rapport air-carburant A/F s' inverse en une durée plus courte que le temps de retard riche TDR comme dans le cas des instants t5, t6 et t7, un temps long est nécessaire pour que le compteur de retard CDLY puisse atteindre la valeur maximale TDR. I1 s'ensuit que le signal de rapport air-carburant retardé A/F s' inverse à l' instant t8. C'est-à-dire, que le signal de rapport air carburant à traitement postretard A/F est plus stable que le
signal de rapport air-carburant à traitement pré-retard A/F.
Sur la base du signal de rapport air-carburant stable A/F fourni par le traitement de retard, le facteur de correction du rapport air-carburant FAF est obtenu comme indiqué à la
FIG. 6D.
<COMMANDE DE L' INVENTION>
* Dans l' invention, le moyen de changement de commande du rapport aircarburant est utilisé pour changer entre la commande par contre-réaction, au rapport air-carburant st_chiométrique, avec pour effet que la quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement est réduite (premier moyen de
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commande de rapport air-carburant) et la commande par contre-
réaction vers un côté à combustion pauvre, avec pour effet que la quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement est accrue (second moyen de commande du rapport air-carburant), en conformité avec l'état d'oxydation ou l'état de dépôt de la matière particulaire au niveau du dispositif de commande des
gaz d' échappement disposé dans le passage d' échappement.
Le mode de réalisation comprend un premier moyen de commande du rapport air-carburant pour effectuer une commande par contre-réaction côté st_chiométrique dans laquelle le rapport air-carburant est amené au rapport air-carburant st_chiométrique sur la base de la sortie du capteur 02, et un second moyen de commande du rapport air-carburant pour effectuer une commande par contre-réaction côté pauvre dans laquelle la quantité de carburant est changée à un état pauvre
en excès par rapport au rapport air-carburant st_chiométrique.
En principe, la commande par le premier moyen de commande de rapport aircarburant est effectuce. S' il est déterminé que la matière particulaire s'est déposée sur le dispositif de commande de gaz d'échappement, ou si une condition o la vitesse d'oxydation de la matière particulaire diminue est établie, le moyen de commande du rapport air-carburant est
commuté sur le second moyen de commande du rapport air-
carburant. C'est-à-dire que l'opération st_chiométrique est effectuce en principe. S'il est déterminé que la matière particulaire s 'est déposée, ou s' il est déterminé que la vitesse d'oxydation diminue, la commande est commutée sur le
côté pauvre.
Des exemples de procédure spécifique pour la commande précédemment mentionnée incluent une procédure dans laquelle danela commande du rapport air-carburant, un facteur de correction du rapport air-carburant FAF2 est établi de sorte que le rapport air-carburant se déplace vers le côté pauvre et une procédure dans laquelle les constantes de commande du rapport air-carburant telles que les constantes de saut RSR, RSL, les constantes d'intégration KIR, KIL, les temps de retard TDR, TDL, ou la tension de comparaison (tension de
2834755
détermination pauvre/riche) VR1 provenant de la sortie VOM du
débiLmètre d'air 13 sont rendues variables.
On décrira maintenant comment le rapport air-carburant change si les valeurs de constante du rapport air-carburant sont variables. Par exemple, si la constante de saut riche RSL est accrue, le rapport air-carburant de commande peut être déplacé sur le côté riche. En outre, une réduction de la constante de saut pauvre RSL permet un déplacement du rapport aircarburant de commande sur le côté riche. A l'opposé, l' augmentation de la constante de saut pauvre RSL permet un déplacement du rapport aircarburant de commande sur le côté pauvre; La réduction de la constante de saut riche RSL permet un déplacement du rapport air-carburant de commande sur le
côté pauvre.
En outre, l' augmentation de la constante d'intégration riche KIR permet un déplacement du rapport air-carburant de commande sur le côté riche. La réduction de la constante d'intogration pauvre KIL permet également un déplacement du rapport air-carburant de commande sur le côté riche. A l'opposé, une augmentation de la constante d'intégration pauvre KIL permet un déplacement du rapport air-carburant de commande sur le côté pauvre. La réduction de la constante
d'intégration riche KIR permet un déplacement du rapport air-
carburant de commande sur le côté pauvre. En conséquence, le rapport aircarburant peut être commandé en corrigeant la constante d'intégration riche KIR, la constante d'intégration
pauvre KIL.
Si le temps de retard riche TDR est établi plus grand ou le temps est établi à une grande valeur o le temps de retard
pauvre (-TDL) est établi à une faible valeur, le rapport air-
carburant de commande peut être déplacé sur le côté riche. A l'opposé, Si le temps de retard pauvre (-TDL) est établi à une valeur important ou que le temps de retard riche TDR est établi à une faible valeur, le rapport air-carburant de
commande peut être déplacé sur le côté pauvre.
En outre, une augmentation de la tension de comparaison VR1 permet un déplacement du rapport air-carburant de commande vers le côté riche. La réduction de la tension de comparaison
26 2834755
VR1 permet un déplacement du rapport air-carburant de commande
vers le côté pauvre.
Dans cette invention, un rapport air-carburant central n'a pas besoin d'être sur le côté riche. Comme il est apparent
depuis la description précédente, le rapport air-carburant
central peut être établi vers un côté pauvre par l'un quelconque ou une combinaison de: (1) une constante de saut vers le côté pauvre RSL > constante de saut vers le côté riche RSR; (2) une constante d'intégral vers le côté pauvre KIL > constante d'intégral vers le côté riche KIR; (3) temps de retard de détermination riche TDR < temps de retard de détermination pauvre TDL (avec pour effet qu'un état pauvre peut être maintenu pendant une grande durce); (4) Ia tension de déterminationpauvre/riche du capteur O2 est réduite à partir du niveau établi pour la commande par contre-réaction st_chiométrique (FIG. 7) (si la tension de détermination est réduite en dessous du niveau pour la commande par contre-réaction st_chiométrique, la détermination que le rapport aircarburant est riche côté st_chiométrique est plus fréquemment effectuée de sorte que la durée de correction pauvre devient longue et le rapport air-carburant
central tend à être pauvre côté st_chiométrique).
Normalement, dans le moteur à combustion interne décrit ci-dessus, la commande par contre-réaction st_chiométrique est
effectuée par le premier moyen de commande du rapport air-
carburant. Toutefois, si la matière particulaire s'est déposée sur le filtre, ou si l'on s' attend à ce qu'elle se dépose sur le filtre, ou si la vitesse d'oxydation de la matière particulaire a diminuée, ou on s' attend à ce qu'elle diminue, la commande par contre-résction pauvre est effectuée en établissant un facteur de correction du rapport aircarburant FAF2 de façon à déplacer le rapport air-carburant vers le côté pauvre ou en changeant les constantes de saut RSL, RSR, les constantes d'intégration KIL, KIR et le temps de retard TDL, TDR, utilisés dans la commande par contre-réaction st_chiométrique de facon à satisfaire la condition précédemment mentionnée (1) à (3) ou en réduisant la tension
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de détermination pauvre/riche du capteur de O2 à partir du niveau établi pour la commande par contre-réaction
st_chiométrique comme dans la condition (4).
Cette commande par contre-réaction pauvre est effectuée si la matière particulaire s'est déposce sur le filtre, ou si on s' attend à ce qu'elle se dépose sur le filtre, ou si la vitesse d'oxydation de la matière particulaire a diminué, ou si on s' attend à ce qu'elle diminue. Précisément, la commande par contre-réaction pauvre est effectuée dans les conditions
comme suit.
a) S'il est déterminé que la vitesse d'oxydation de la matière particulaire va probablement diminuer, la commande par contre-réaction est établie vers le côté pauvre par une
technique décrite ci-dessus.
Exemple 1 de Détermination: des tables de correspondance de décharge de mat ière part i culai re depui s le moteur à combustion interne dans diverses conditions de fonctionnement sont préparées. La détermination précédemment mentionnée est effectuée si une région d'une table de correspondance est entrée (si la quantité de matière particulaire augmente de sorte que le processus d'oxydation ne se maintient pas avec le dépôt de la matière particulaire). (Ceci est un exemple d'un moyen de détection d'état de dépôt pour détecter l'état du dépôt de la matière particulaire.) Exemple 2 de Détermination: la détermination précédemment mentionnée est effectuce si un capteur de détection de matière particulaire disposé dans le système d'échappement détecte une valeur qui est plus grande à ou égale à un seuil. (Ceci est un exemple du moyen de détection d'état de dépôt pour détecter
l'état du dépôt de la matière particulaire).
Exemple 3 de Détermination: la détermination précédemment mentionnée est effectuée si la température du filtre (température détermince à partir d'une table de correspondance
d' estimation ou la température rcellement mesurée) est basse.
Exemple 4 de Détermination: la détermination précédemment mentionnée est effectuée s'il est déterminé que la vitesse d'oxydation de la matière particulaire est basse en considérant la vitesse d'oxydation de la matière particulaire 2o 2834755 à partir de la quantité de matière particulaire déchargée et de la température. S'il est déterminé que la vitesse d'oxydation de la matière particulaire est basse à mesure que la quant ité de mat ière part iculaire déchargée augmente et que la température diminue. b) Si un état d'un filtre de matière particulaire est détecté, la commande par contre-réaction est établie vers le
côté pauvre par une technique décrite ci-dessus.
Exemple 1 de Détection de Bouchage: la détermination précédemment mentionnée est effectuce si un capteur de pression détecte une élévation de pression au-dessus d'un seuil. Exemple 2 de Détect ion: la déterminat ion précédemment mentionnée est effectuée si le degré de dilution de la
quantité d'air d'admission dépasse un seuil.
Exemple 3 de Détection: la détermination précédemment mentionnce est effectuée si une quantité de dépôt de matière particulaire supérieure à ou égale à certains niveaux est attendue sur la base d' une logique d' estimation de quantité de
dépôt de matière particulaire.
(Ceux-ci sont des exemples du moyen de détection d'état de dépôt pour détecter l'état de dépôt de la matière particulaire.) Toutefois, si dans la situation b), la température du filtre est supérieure à ou égale à une température de vitesse d'oxydation sûre de la matière particulaire, il est désirable de changer la commande par contre-réaction st_chiométrique vers le côté pauvre après que la température du filtre chute à ou en dessous de la température de sécurité. En se référant aux FIGS. 8A à 8D, si la commande par contre-réaction pauvre est effectuée au point P à la FIG. 8A, il existe un risque de la température du filtre s'élevant rapidement à un état de sur-chauffage et, en conséquence, d'endommagement du catalyseur. De ce fait, une température de sécurité pour éviter le risque est établie comme seuil à, par exemple, environ 500 C. La commande par contre-réaction pauvre est effectuée l' instant o la température du filtre diminue à ou
en dessous de la température de seuil.
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Dans un système o la commande par contre-réaction st_chiométrique est changée vers le côté pauvre, il est possible de minimiser l'émission de NOx non seulement dans le cas b), mais dans un cas o la commande par contre-réaction st_chiométrique est changée vers le côté pauvre via la
fonction de réduction de stockage procurée sur le filtre.
En outre, dans un système o la commande de contre-
réaction st_chiométrique est changée vers le côté pauvre, il est approprié de prévoir des quantités accrues de rhodium et d'autres métaux supportés sur le filtre de sorte que la suppression par réduction du NOx peut être effectuée plus efficacement, même si la commande par contre- réaction est
changée vers le côté pauvre.
c) La commande par contre-réaction est changée vers le côté pauvre par une technique comme décrit ci-dessus si dans une condition o la matière particulaire est présente dans une quantité relativement grande et se dépose probablement au
démarrage à froid ou analogues, la commande par contre-
réaction st_chiométrique est effectuce, et il est déterminé
que le filtre a été activé.
Au moment du démarrage à froid, la quantité de matière particulaire produite est importante. En outre, la température du capteur de O: est basse de sorte que la détection de O2 est impossible. En conséquence, le moteurest mis en _uvre par l'intermédiaire d'une commande en boucle ouverte. Ainsi, pendant l'opération suivante, la contre-réaction est commandée vers le côté pauvre à condition que la condition de commande par contre-résction st_chiométrique soit satisfaite (le capteur de 02 est activé) et, de ce fait, la commande par contre-réaction st_chiométrique est lancoe et en ce que le
filtre soit activé.
De ce fait, une quantité importante d'oxygène est délivrée au filtre activé, de sorte que l'oxydation de la matière particulaire peut être améliorce. La quantité de matière particulaire déchargée peut être calculée par l'intermédiaire de l'intégration basée sur un capteur de matière particulaire disposé dans le tuyau d'échappement. La détermination concernant l' activation du filtre est. basée sur une valeur de
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la température du filtre détectée par un capteur de
température, ou par la condition de fonctionnement du moteur.
A titre d'exemple, si la température du filtre est supérieure à ou égale à la température d' activation, ou si une durce prédéterminée s'est écoulée après le démarrage du moteur, il
est déterminé que le filtre est activé.
Les FIGS. 9A à 9C montrent des chronogrammes du processus précédemment mentionné. Dans ce mode de réalisation, la détermination d' activation du filtre (FIG. 9A), la détermination de l' activation du capteur de O2 (FIG. 9B) et la
vitesse du véhicule (FIG. 9C) sont simultanément surveillées.
Après que le moteur est démarré, une température prédéterminée est atteinte et le capteur de O2 est activé. Après ceci, la commande par contre-résction pauvre est effectuée à condition que la vitesse de rotation du moteur s'élève et que la température du filtre s'élève de sorte que l' activation soit obtenue. Les FIGS. lOA à lOD indiquent un cas o la quantité de matière particulaire déchargée est prédite à partir des conditions de température l'eau ou de température d'huile (via une table de correspondance ou analogue) et, si la valeur prédite est supérieure à ou égale à une valeur prédétermince,
la commande par contre-réaction pauvre est exécutée.
d) La commande par contre-réaction est changée vers le côté pauvre par une technique comme décrit ci-dessus si, après une opération à charge élevée qui entraîne la décharge de quantité importante de matière particulaire, la commande par contre-réaction st_chiométrique est lancce et il est déterminé
que le filtre est activé.
Pendant l'opération à charge élevée, une opération riche est effectuce sur la base d'une commande en bouale ouverte afin d' assurer la sortie ou de protoger le catalyseur. De ce fait, une opération côté pauvre ne peut pas être effectuée par contre-réaction. En conséquence, après une opération à charge élevoe qui entraîne la décharge d'une quantité importante de matière particulaire, la commande par contre-résction pauvre est effectuée à la condition que la commande par contre
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réaction st_chiométrique ait été lancée et que le filtre ait
été activé.
Dans ce cas, s'il existe un risque de dégradation thermique étant provoqué par une opération pauvre, la commande s par contre-réaction est changée par une technique comme décrit ci-dessus, à la condition que la température soit inférieure à ou égale à une température de déterminat ion de dégradat ion
(700 à 800 C).
Cette commande est illustrce aux FIGS. llA et llB. Au moment d'une opération à charge élevée due à une accélération rapide, la vitesse du véhicule augmente et entre dans la commande en boucle ouverte. Dans ce cas, la génération de matière particulaire est importante et la concentration d'oxygène dans les gaz d'échappement devient sensiblement égale à zéro. Après que la vitesse du véhicule devient stable, la commande revient à la commande par contre-réaction, de sorte qu'il devient possible de fournir de l'oxygène au filtre
par l'intermédiaire de la commande par contre-réaction pauvre.
Toutefois, si dû à l' augmentation de température après une accélération rapide, le filtre est surchauffé de sorte qu'il est déterminé qu'il existe un risque de dogradation thermique qui sera provoquée par un chanffage supplémentaire comme résultat de la commande par contre- réaction pauvre (détermince sur la base de la température de filtre), la commande par contre-réaction est effectuce à la condition (Tl) que la température du filtre ait chutée à ou en dessous d'une température de détermination empêchant une dogradation
thermique (700 à 800 C).
En outre, si la quantité de matière particulaire déchargée est supérieure à ou égale à une valeur prédéterminée, il existe un risque d'élévation de température excessive dû à la combustion de la matière particulaire. Dans ce cas, en conséquence, la commande par contre-réaction est changée vers le côté pauvre par une technique comme décrit ci-dessus à la condition (T2) que la température ait chutée à une température d'oxydation sûre de la matière particulaire (par exemple,
environ 60 C).
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c) S'il est déterminé qu'une certaine quantité d'oxygène a été délivrce en conformité avec la quantité de matière particulaire déchargée, la commande par contre-réaction pauvre
est arrêtée.
Les exemples sont un cas o, à mesure que la quantité de matière particulaire déchargée augmente, la durce de la commande par contreréaction pauvre est accrue, un cas o la quantité de O2 délivrée est intégrée sur la base du capteur de O2 et la commande par contre-réaction pauvre est arrêtée. S' il est déterminé qu'une quantité de O2 correspondant à la quantité de dépôt de matière particulaire était délivrée, un cas o la quantité de O2 délivrce intégrce sur la base du facteur de correction du rapport air-carburant, et la commande par contreréaction pauvre est arrêtée si une quantité de O2 correspondant à la quantité de dépôt de matière particulaire peut être délivrce, etc. En conséquence, avec ce mode de réalisation, dans le cas o il est déterminé que la vitesse d'oxydation de la matière particulaire a diminué, ou dans le cas o la matière particulaire s'est déposée, etc., l'oxygène est délivré au dispositif de commande de gaz d'échappement par l'intermédiaire de la commande par contre-réaction pauvre, de sorte que la matière particulaire peut être supprimée par brûlage. Particulièrement, dans un moteur à injection directe à essence, une opération de brûlage pauvre stratifié entraîne une température des gaz d'échappement basse et une quantité relativement importante de matière particulaire déchargée. De ce fait, si l'opération de brûlage pauvre stratifié du moteur à injection directe à essence est poursuivie, il existe un risque de dépôt de matière particulaire, en conformité avec la technique classique. Toutefois, le mode de réalisation peut effectuer de manière réqulière le traitement d'oxydation de
matière particulaire de ce type de moteur.
Bien que l' invention ait été décrite en se référant à ceux qui sont pré sentement cons idérés être ses modes de réa l i sat ion préférés, on comprendra que l' invention n'est pas limitée aux modes de réalisation ni aux structures décrites. A l'opposé, l' invention est. destinée à couvrir diverses modifications et
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dispositions équivalentes. De plus, bien que les divers éléments de l' invention décrite soient représentés en diverses combinaisons et configurations, lesquelles sont exemplaires, d'autres combinaisons et configurations, incluant plus, moins ou seulement un seul mode de réalisation sont également à
l'intérieur de l' esprit et de la portée de l' invention.
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Claims (14)

REVENDICATIONS
1. Moteur à combustion interne muni d'un dispositif de commande des gaz d'échappement dans lequel la matière particulaire produite en liaison avec la combustion de l' essence dans une chambre de combustion est oxydée par un dispositif de commande de gaz d'échappement (PF) disposé dans un passage d'échappement, le moteur à combustion interne étant caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de commande du rapport air carburant (20) pour déplacer un rapport air-carburant sur un côté tel qu'une quantité de carburant devient beaucoup plus faible qu'une quantité de carburant présente au rapport air-carburant présent, si au moins une qu'une condition de fonctionnement o une vitesse d'oxydation de la matière particulaire diminue soit supposée et d'une condition qu'une quantité de matière particulaire déposée
soit au moins une quantité prédéterminée, et satisfaite.
2. Moteur à combustion interne muni d'un dispositif de commande des gaz d'échappement dans lequel la matière particulaire produite en liaison avec la combustion de l' essence dans une chambre de combustion est oxydée par un dispositif de commande des gaz d'échappement (PF) disposé dans un passage d'échappement, le moteur à combustion interne étant caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de changement de commande du rapport air-carburant (20) pour changer entre un premier moyen de commande du rapport air-carburant qui effectue une commande par contre- réaction vers un rapport air carburant st_chiométrique, avec pour effet qu'une quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement est réduite, et un second moyen de commande du rapport air-carburant qui effectue une commande par contre-réaction vers un côté
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combustion pauvre, avec pour effet que la quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement est accrue, en conformité avec un état de la mat ière part iculaire dans le dispositif de commande des gaz d'échappement (PF) disposé dans le passage d'échappement.
3. Moteur à combustion interne muni d'un dispositif de commande des gaz d'échappement comportant, dans un passage des gaz d'échappement, un dispositif de commande des gaz d'échappement (PF) capable d'oxyder et supprimer la matière particulaire produite en liaison avec la combustion de l 'essence dans une chambre de combustion, et comportant également un moyen de commande par contre réaction (20) pour commander par contre-réaction un rapport air-carburant à une valeur cible prédéterminée basce sur une sortie d'un capteur de concentration en oxygène (33) disposé dans le passage d'échappement, le moteur à combustion interne étant caractérisé en ce qu'il comprend: un premier moyen de commande du rapport air-carburant (20) pour effectuer une commande par contre réaction st_chiométrique avec la valeur cible étant établie au rapport air-carburant st_chiométrique, et un second moyen de commande du rapport air-carburant (20) pour effectuer une commande par contre-réaction pauvre dans laquelle une quantité de carburant est rendue faible par rapport au rapport air-carburant st_chiométrique, dans lequel, en principe, la commande par le premier moyen de commande du rapport air-carburant (20) est effectuée, et le moyen de commande par contre-réaction (20) est changé à la commande par le second moyen de commande de rapport air-carburant (20) en conformité avec un état de la matière particulaire dans le dispositif de commande des
gaz d'échappement (PF).
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4. Moteur à combustion interne muni d'un dispositif de commande des gaz d'échappement selon l'une quelconque des
revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif
de commande des gaz d'échappement (PF) inclut au moins d'un dispositif de filtre dans lequel un filtre capable d'oxyder et de supprimer la matière particulaire est chargé avec un absorbour de NOx (libérateur d'oxygène actif), un dispositif de filtre chargé en un catalyseur d'oxydation, et un dispositif de filtre dans lequel un filtre non chargé avec en catalyseur est disposé, et un catalyseur pour l'oxydation du NO en NO2 est disposé en amont du filtre, et dans lequel la matière particulaire
est oxydée par NO2.
5. Moteur à combustion interne muni d'un dispositif de commande des gaz d'échappement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la commande par contre-réaction est changée à la commande par contreréaction pauvre effectuée par le second moyen de commande du rapport air carburant (20), si une condition de fonctionnement o une vitesse d'oxyation de la matière particulaire diminue est supposée.
6. Moteur à combustion interne muni d'un dispositif de commande des gaz d'échappement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un moyen de détection d'état de dépôt (20) pour détecter un état de dépôt de la matière particulaire, dans lequel, si une quantité de matière particulaire déposée atteint au moins une quantité prédéterminée, la commande par contre-réaction est changée à la commande par contreréaction pauvre effectuée par le second moyen de
commande du rapport air-carburant (20).
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7. Moteur à combustion interne muni d'un dispositif de commande des gaz d'échappement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que, si une température du dispositif de commande des gaz d'échappement (PF) est à au moins une valeur prédétermince, la commande par contre-réaction est changée à la commande par contre-réaction pauvre effectuée par le second moyen de commande du rapport air-carburant
(20) après la diminution de la température.
8. Moteur à combustion interne muni d'un dispositif de commande des gaz d'échappement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que pendant un démarrage du moteur à froid, le moteur à combustion interne est mis en _uvre par l'intermédiaire d'une commande en boucle ouverte du rapport air-carburant, et, après ceci, la commande est
changée en commande par contre-réaction pauvre.
9. Moteur à combustion interne muni d'un dispositif de commande des gaz d'échappement selon la revendication 8, caractérisé en ce que pendant un démarrage du moteur à froid, une commande par contre-réaction st_chiométrique est effectuce à condition qu'une condition de démarrage de commande par contre-réaction soit satisfaite et, après ceci, la commande par contre-réaction est changée à la commande par contre- réaction pauvre lorsque le dispositif de commande des gaz d'échappement (PF) atteint une
température d' activation.
10. Moteur à combustion interne muni d'un dispositif de commande des gaz d'échappement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que pendant un fonctionnement du moteur à charge élevée, une commande en boucle ouverte du rapport air-carburant est effectuée, et en ce qu'à une transition de cet état de commande à une commande par
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contre-réaction, la commande est changée de la commande en
boucle ouverte à la commande par contre-réaction pauvre.
11. Moteur à combustion interne muni d'un dispositif de commande des gaz d'échappement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la commande par contre-résation est retournée de la commande par contreréaction pauvre à la commande par contre-réaction st_chiométrique si une quantité prédéterminée d'oxygène a été délivrée au
dispositif de commande des gaz d'échappement (PF).
12. Procédé de commande des gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne incluant un dispositif de commande des gaz d'échappement (PF) disposé dans un passage d'échappement du moteur à combustion interne, et d'oxydation de la matière particulaire produite en liaison avec la combustion de l' essence dans une chambre de combustion du moteur à combustion interne, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à: déplacer un rapport air-carburant sur un côté tel qu'une quantité de carburant devient plus faible qu'une quantité de carburant présente au rapport air-carburant présente, si au moins une condition qu'une condition de fonctionnement ou une vitesse d'oxydation de la matière particulaire diminue soit supposoe et une condition qu'une quant ité de mat ière part iculaire déposée soit au moins une
quantité prédéterminée, et satisfaite.
13. Procédé de commande des gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne incluant un dispositif de commande des gaz d'échappement (PF) disposé dans un passage d'échappement du moteur à combustion interne, et d'oxydation de la matière particulaire produite en liaison
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avec la combustion de l' essence dans une chambre de combustion du moteur à combustion interne, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: s changer entre une première commande du rapport air carburant qui effectue une commande par contre-réaction vers un rapport air-carburant st_chiométrique, avec pour effet qu'une quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement est réduite, et une seconde commande de rapport air carburant qui effectue une commande par contre-réaction vers un côté combustion pauvre, avec pour effet que la quantité d' oxygène dans les gaz d' échappement est accrue, en conformité avec un état de la matière particulaire dans le dispositif de commande des gaz d'échappement (PF)
disposé dans le passage d'échappement.
14. Procédé de commande des gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne incluant un dispositif de commande des gaz d'échappement (PF) disposé dans un passage d'échappement du moteur à combustion interne, et d'oxydation de la matière particulaire produite en liaison avec la combustion de l' essence dans une chambre de combustion du moteur à combustion interne, et un capteur de concentration en oxygène (33) disposé dans le passage d'échappement, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: commander par contre-réaction un rapport air-carburant à une valeur cible prédéterminée sur la base d'une sortie du capteur de concentration en oxygène (33); effectuer, en principe, une commande par contre-réaction st_chTométrique avec la valeur cible étant établie au rapport air-carburant st_chiométrique, changer la commande vers une commande par contre-réaction pauvre dans laquelle une quantité de carburant est rendue
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relativement faible par rapport au rapport air-carburant st_chiométrique, en conformité avec un état de la matière particulaire dans le dispositif de commande des gaz
d'échappement (PF).
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