FR2881476A1 - Procede et dispositif de regulation de la temperature des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Abstract

Procédé et dispositif de régulation de la température des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif de saisie de la température des gaz d'échappement (13), d'une consigne de température maximale des gaz d'échappement (12) et d'une commande pour la préparation du mélange selon les paramètres de rapport d'air comburant et de charge de cylindre.En cas de dépassement de la température maximale prédéfinie (12) des gaz d'échappement dans le mélange on diminue de manière continue ou en plusieurs étapes le rapport d'air comburant jusqu'à une valeur limite inférieure (22) et lorsqu'on atteint cette valeur limite inférieure (22) on réduit la charge des cylindres de manière continue ou en plusieurs étapes.

Description

Etat de la technique

La présente invention concerne un procédé de régulation de la température des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif de saisie de la température des gaz d'échappement, d'une consigne de température maximale des gaz d'échappement et d'une commande pour la préparation du mélange selon les paramètres de rapport d'air comburant et de charge de cylindre.

L'invention concerne également un dispositif de régulation de la température des gaz d'échappement d'un moteur à combustion in-terne comportant un dispositif de saisie de la température des gaz d'échappement, cette température des gaz d'échappement étant retranchée d'une température maximale des gaz d'échappement par une unité de différence.

Etat de la technique Les gaz d'échappement de moteurs à forte charge peuvent être tellement chauds qu'ils risquent d'endommager les collecteurs de gaz d'échappement et dans le cas de moteurs à suralimentation, la turbine des gaz d'échappement. La même remarque s'applique également aux catalyseurs de gaz d'échappement. C'est pourquoi on utilise des régulations de température des gaz d'échappement comportant des capteurs de température.

Le document DE 19517434 Al décrit un procédé de cou-pure de l'alimentation en carburant en mode stratifié d'un moteur à combustion interne équipé d'un catalyseur. Pour cela, on détermine une mesure de la température du catalyseur. La coupure de l'alimentation en carburant se fait au moins en fonction de cette mesure après avoir vérifié que la mesure de la température du catalyseur répond à une condition caractéristique d'une température élevée de catalyseur et la coupure de l'alimentation en carburant ne peut se faire que si cette condition est rem- plie. Un capteur de température thermique couplé au catalyseur et la résistance interne dépendant de la température du catalyseur d'une sonde lambda installée à proximité constructive du catalyseur peuvent fournir la mesure de la température du catalyseur.

Dès que la température des gaz d'échappement atteint une plage critique, dans le cas des régulations connues de la température des gaz d'échappement on enrichit le mélange, ce qui a pour effet de refroidir les gaz d'échappement. L'effet de refroidissement est toutefois limité. C'est ainsi que par exemple si l'enrichissement du mélange est trop fort, on ris- que des ratés de combustion ce qui détériore de manière significative le fonctionnement régulier. Si malgré l'enrichissement on atteint la limite des ratés de combustion et si la température des gaz d'échappement est toujours dans la plage critique, alors dans le cas de moteurs à suralimenta- tion on commute sur une pression de suralimentation plus faible. L'inconvénient de cette solution est que lors de la commutation sur une pression de suralimentation plus faible on risque d'avoir une réduction de la puissance fournie par le moteur et qui est perceptible par le conducteur.

io But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé et un dispositif de régulation de la température des gaz d'échappement permettant d'abaisser à temps la température des gaz d'échappement par des interventions précises sans provoquer de réduction de confort.

Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'en cas de dépassement de la température maximale prédéfinie des gaz d'échappement dans le mélange on diminue de manière continue ou en plusieurs étapes le rapport d'air comburant jusqu'à une valeur limite inférieure et lorsqu'on atteint cette valeur limite inférieure on réduit la charge des cylindres de manière continue ou en plusieurs étapes.

Le procédé de l'invention permet une régulation efficace de la température des gaz d'échappement sans entraîner de variation brus- que de la puissance ou du couple fourni par le moteur à combustion in-terne et qui réduirait le confort de fonctionnement.

Il est en outre avantageux que le rapport d'air comburant et/ou la charge des cylindres puissent être diminués de manière linéaire en fonction du temps et d'atteindre un comportement de régulation parti-culièrement bon et que l'adaptation soit très peu perceptible par le conducteur.

Une diminution linéaire du rapport d'air comburant et/ ou de la charge des cylindres s'obtient avec une mise en oeuvre de moyens réduits si la différence entre la température maximale des gaz d'échappement et la température des gaz d'échappement est fournie comme grandeur d'entrée à des unités d'intégration fournissant des grandeurs de sortie donnant les signaux de commande du rapport d'air comburant et de la charge des cylindres.

La variation du rapport d'air comburant et/ ou de la charge des cylindres peut se réaliser notamment par étapes dans des systèmes numériques. Il est avantageux d'avoir au moins quatre échelons entre la valeur minimale et la valeur maximale, ce qui permet une régulation quasi 5 continue.

Si au dépassement vers le bas de la température maximale des gaz d'échappement on augmente en continu la charge des cylindres jusqu'à une valeur limite supérieure et qu'ensuite on augmente le rapport d'air comburant jusqu'à une valeur limite supérieure, il en résulte qu'on disposera de nouveau le plus tôt possible, de toute la puissance du moteur à combustion interne. En outre, on peut avoir une augmentation continue de la charge des cylindres pendant le fonctionnement normal de roulage alors que la libération par variation brusque de la limitation de la charge selon l'état de la technique ne peut se faire qu'au ralenti.

Si la première unité d'intégration qui commande le rapport d'air comburant est activée en cas de dépassement de la température maximale des gaz d'échappement, la réduction de l'enrichissement ne sera activée que lorsque la charge des cylindres n'est pas réduite ce qui permet que dans des conditions de fonctionnement aussi nombreuses que possi- ble, on peut utiliser l'enrichissement des gaz d'échappement pour diminuer leur température.

Si la seconde unité d'intégration qui commande la charge du cylindre est activée en cas de dépassement de la température maximale des gaz d'échappement et lorsqu'on atteint la valeur limite inférieure du rapport d'air comburant, on évite une perte de puissance dans les conditions de fonctionnement aussi réduites que possible, lors de la réduction de la température des gaz d'échappement.

Dans le cas de moteurs atmosphériques, lorsqu'on diminue la charge des cylindres on pourra réduire l'ouverture maximale du volet d'étranglement. Dans le cas de moteurs suralimentés, on réduira la pression de suralimentation maximale de consigne. Ce procédé peut s'utiliser non seulement dans le cas de moteurs à combustion interne à injection mais également il permet une régulation efficace de la température des gaz d'échappement sans les inconvénients de l'état de la technique également dans le cas de moteurs atmosphériques ou de moteurs à suralimentation.

Le problème de l'invention est également résolu par un dis-positif du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il applique un signal de différence d'une unité de différence à une première unité d'intégration et à une seconde unité d'intégration, une sortie de la première unité d'intégration coopérant avec une commande du rapport d'air comburant et une sortie de la seconde unité d'intégration coopérant avec une unité de commande de la charge des cylindres. Ce dispositif permet une régulation efficace de la température des gaz d'échappement selon le procédé évoqué ci-dessus.

Si la consigne de la première unité d'intégration concerne une valeur limite supérieure et une valeur limite inférieure et si la seconde consigne de l'unité d'intégration concerne une valeur limite inférieure et une valeur supérieure, les valeurs limites supérieures étant limitées à la valeur 1, on évite les ratés de combustion lors de la réduction de la température des gaz d'échappement par enrichissement et lorsqu'on réduit la limite de charge on crée un point de transition sélectionné de manière dé-finie pour réduire l'enrichissement.

Pour libérer la seconde unité d'intégration, la sortie de la première unité d'intégration est combinée à la valeur limite inférieure de la première unité d'intégration dans une unité de comparaison et le signal de libération de l'unité de comparaison coopère avec la seconde unité d'intégration. Ainsi, la seconde unité d'intégration est seulement libérée pour réduire la charge lorsque le degré d'abaissement du rapport d'air comburant atteint une valeur limite inférieure qui assure toujours un fonctionnement régulier du moteur à combustion interne sans ratés de combustion.

Pour libérer la première unité d'intégration, on combine la sortie de la seconde unité d'intégration à la valeur limite supérieure de la seconde unité d'intégration dans une unité de comparaison. Le signal de sortie de l'unité de comparaison est appliqué en même temps que la sortie d'un comparateur recevant le signal de différence de l'unité de différence à une porte OU et le signal de libération apparaît comme signal de sortie de la porte OU en combinaison avec la seconde unité d'intégration. Ainsi, la première unité d'intégration ne sera de nouveau libérée que si l'abaissement de la charge après dépassement de la température maxi-male des gaz d'échappement est de nouveau complètement neutralisé.

Les deux mesures évoquées ci-dessus pour abaisser la tem- pérature des gaz d'échappement sont verrouillées réciproquement de façon à avoir tout d'abord un enrichissement continu ou quasi continu du mélange jusqu'à atteindre une valeur limite et ensuite la différence négative de la température maximale des gaz d'échappement et de la température actuelle des gaz d'échappement produit une diminution continue ou quasi continue de la charge. Lors de la diminution de la température des gaz d'échappement en dessous de la température maximale des gaz d'échappement on reprend tout d'abord l'action de remplissage et ensuite l'action d'enrichissement.

Pour pouvoir régler un coefficient lambda < 1 et enrichir ainsi le mélange il faut corriger la dose injectée avec la valeur inverse à l'aide d'une valeur de correction du coefficient lambda. Pour cela, on applique le signal de sortie de la première unité d'intégration ainsi qu'un signal de niveau 1 à une unité de division. Le signal de sortie de l'unité de division correspond à la valeur inverse du signal de sortie de l'unité d'intégration.

Il est avantageux que la régulation de la température des gaz d'échappement soit réalisée sous la forme d'une commande câblée et/ou d'une commande programmée et la solution programmée est particulièrement souple pour préparer une nouvelle version pendant la durée de vie du produit (fonction de mise à jour) et/ou de l'adapter à d'autres types de moteurs à combustion interne.

Du point de vue de la réduction du coût, il est avantageux 20 d'intégrer partiellement ou totalement la régulation de la température des gaz d'échappement dans la commande ou gestion du moteur.

Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans le dessin an-25 nexé dans lequel: - la figure unique montre schématiquement une régulation de température de gaz d'échappement sous la forme d'un schéma par blocs. Description du mode de réalisation La figure unique montre schématiquement un dispositif de régulation de la température des gaz d'échappement 1 appliquée à un moteur à combustion interne. A l'aide d'un dispositif non représenté on mesure une température de gaz d'échappement 13; la température de gaz d'échappement 13 est retranchée dans une unité de différence 10 d'une température maximale de gaz d'échappement 12. Le signal de différence 11 fourni par l'unité de différence 10 est appliqué à une première unité d'intégration 20 et à une seconde unité d'intégration 90; la sortie 21 de la première unité d'intégration 20 coopère avec la commande du rapport d'air comburant et la sortie 91 de la seconde unité d'intégration 90 coo- père avec la commande de la charge des cylindres. La sortie 21 de la première unité d'intégration 20 est appliquée avec un signal 80 de niveau 1 à une unité de division 40 (ou diviseur) dont le signal de sortie 41 est la va-leur inverse du signal de sortie 21 de l'unité d'intégration.

La première unité d'intégration 20 comporte des entrées pour prédéfinir une valeur limite inférieure 22 et une valeur limite supérieure 23; la valeur limite inférieure évite les ratés de combustion et la limite supérieure correspond au point de fonctionnement sans enrichissement. La seconde unité d'intégration 90 comporte également des consignes pour une valeur limite inférieure 92 et une valeur limite supérieure 93. Les valeurs limites supérieures 23, 93 sont limitées à la valeur 1 .

Pour libérer la seconde unité d'intégration 90, on combine la sortie 21 à la valeur limite inférieure 22 de l'unité d'intégration 20 dans une unité de comparaison 70. Comme signal de sortie de l'unité de corn- paraison 70 on dispose d'un signal de libération 71 coopérant avec la seconde unité d'intégration 90. Pour libérer la première unité d'intégration 20 on combine la sortie 91 de l'unité d'intégration avec la valeur limite supérieure 93 de la seconde unité d'intégration 90 dans une unité de comparaison 60. Le signal de sortie 61 de l'unité de comparaison 60 est appliqué avec la sortie 31 d'un comparateur 30 recevant le signal de différence 11 de l'unité de différence 10 pour être appliqué à une porte OU 50. Le signal de sortie de la porte OU 50 est un signal de libération 51 coopérant avec la première unité d'intégration 20.

Le procédé de régulation de la température des gaz d'échappement 1 diffère ainsi d'une déviation de régulation de la tempé- rature de consigne des gaz d'échappement 12 et de la température effec- tive des gaz d'échappement 13 que l'on peut soit obtenir par capteur soit modéliser; le signal de différence 11 entre la température maximale des gaz d'échappement 12 et la température effective des gaz d'échappement 13 est une grandeur d'entrée pour les unités d'intégration 20, 90. Pour une faible température des gaz d'échappement 13 on dispose d'une dévia- tion positive de régulation aux entrées des unités d'intégration 20, 90; les sorties 21, 91 des unités d'intégration 20, 90 se situent chaque fois au niveau des limites supérieures 23, 93 toutes deux limitées à la valeur 1 .

La sortie 21 de la première unité d'intégration 20 est utilisée comme valeur de correction du coefficient lambda. Pour régler un coefficient lambda < 1 et enrichir ainsi le mélange il faut que la dose à injecter, calculée, soit corrigée par la valeur inverse de la valeur de correction du coefficient lambda. Le calcul de la valeur inverse se fait dans l'unité de division 40 par la division du signal 80 de valeur 1 par la valeur du signal de sortie 21 de l'unité d'intégration. Le signal de sortie 41 de l'unité de division 40 correspond au coefficient d'enrichissement pour l'abaissement de tempé-rature.

Si la valeur de la température des gaz d'échappement 13 dépasse la valeur de la température maximale des gaz d'échappement 12, on abaisse la valeur à la sortie 21 de la première unité d'intégration 20 selon une courbe en forme de rampe dépendant du temps de façon que l'enrichissement du mélange diminue la température des gaz d'échappement 13 ou du moins la fasse augmenter suivant une pente plus réduite. En fonction de l'amplitude de la différence entre la température des gaz d'échappement 13 et la température maximale des gaz d'échappement 12, la pente de la rampe est plus importante (pour une différence plus grande) ou elle s'aplatit. Dans certains cas il peut néanmoins arriver que la valeur à la sortie 21 de l'unité d'intégration ait déjà atteint la valeur limite inférieure 22 mais que la température des gaz d'échappement 13 est toujours trop élevée. Cela signifie que la valeur de la température des gaz d'échappement 13 se situe toujours au-delà de la va- leur de la température maximale des gaz d'échappement 12 et que le signal de différence 11 fourni par l'unité de différence 10 est toujours négatif. Dans ce cas, la condition de libération de la seconde unité d'intégration 90 est satisfaite. Pour cela, on compare la valeur de la sortie d'intégrateur 21 à la valeur limite inférieure 22 dans une unité fonction- nelle 70. En cas d'identité, un signal de libération 71 est appliqué à la seconde unité d'intégration 90 qui active cette unité d'intégration 90. La valeur du signal de sortie 91 de l'unité d'intégration 90 produisant l'abaissement de la charge est abaissée suivant une forme de rampe dé- pendant du temps. Cela se produit jusqu'à ce que la température des gaz d'échappement 13 soit tombée à la température maximale des gaz d'échappement 12.

Dans le cas d'un moteur suralimenté, on abaisse la pres- sion de charge maximale de consigne formée par la valeur de la sortie 91 de l'unité d'intégration. La charge actuelle est également reprise pour une même position de la pédale d'accélérateur car le souhait du conducteur déduit de la position de la pédale d'accélérateur est une grandeur relative rapportée à la charge maximale. Dans le cas de moteurs atmosphériques, l'abaissement de la charge par une commande électronique de charge du moteur (commande EGAS) évite l'ouverture totale du volet d'étranglement à commande électrique.

Si le conducteur utilise une charge réduite, la température des gaz d'échappement 13 diminue de nouveau. Puis on reprend tout d'abord la diminution de la charge. La valeur du signal de sortie 91 de l'intégrateur augmente de nouveau. Dès que celle-ci atteint la valeur de la limite supérieure 93 de la seconde unité d'intégration 90, un signal de libération 51 est transmis à la première unité d'intégrateur 20. Pour cela, dans l'unité fonctionnelle 60, on compare la valeur de la sortie 91 de io l'intégrateur à la valeur limite supérieure 93 de l'unité d'intégration 90. En cas d'identité, un signal de sortie 61 est transmis à une entrée d'une porte OU 50 qui laisse passer le signal de libération 51 pour la première unité d'intégration 20. Ainsi, la neutralisation de l'enrichissement ne sera libérée que lorsque la charge de remplissage est complètement neutralisée, ce qui est le cas si la valeur de la sortie 91 de l'intégrateur atteint de nouveau la valeur limite supérieure 93.

Le procédé selon l'invention permet de réaliser une régulation de température des gaz d'échappement 1 de façon que l'enrichissement en carburant correspondant à la position enrichissement et dans une seconde étape, la diminution de la charge se font de façon continue ce qui permet d'éviter toute commutation brus-que autour d'une amplitude fixe. On peut également envisager une adaptation travaillent en petites étapes pour les actions de régulation enrichissement et/ou abaissement de la charge , et dans le cas de systèmes numériques à 2n étages une telle solution peut être particulièrement avantageuse.

La régulation de température de gaz d'échappement 1 décrite ci-dessus peut être réalisée sous la forme d'une commande par circuit et/ou d'une commande par programme (logiciel). Une intégration partielle ou totale est particulièrement avantageuse dans le cas d'une commande de moteur existant.

Pour le confort de conduite il est avantageux que le conducteur perçoive peu à cause de ces mesures par action de commande continue ou en plusieurs échelons et qu'en même temps on puisse effica- cernent réguler des valeurs non critiques de la température des gaz d'échappement 13.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1 ) Procédé de régulation de la température des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif de saisie de la température des gaz d'échappement (13), d'une consigne de température maxi- male des gaz d'échappement (12) et d'une commande pour la préparation du mélange selon les paramètres de rapport d'air comburant et de charge de cylindre, caractérisé en ce qu' en cas de dépassement de la température maximale prédéfinie (12) des gaz d'échappement dans le mélange on diminue de manière continue ou en plusieurs étapes le rapport d'air comburant jusqu'à une valeur limite inférieure (22) et lorsqu'on atteint cette valeur limite inférieure (22) on réduit la charge des cylindres de manière continue ou en plusieurs étapes.

2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on abaisse de façon linéaire en fonction du temps le rapport de l'air comburant et/ou la charge des cylindres.

3 ) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu' on fournit la différence entre la température maximale des gaz d'échappement (12) et la température (13) des gaz d'échappement comme grandeur d'entrée à des unités d'intégration (20, 90) et à partir des gran- deurs de sortie ainsi obtenues on détermine les signaux de commande du rapport d'air comburant et de la charge des cylindres.

4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on fait varier le rapport d'air comburant et/ou la charge des cylindres en au moins quatre étapes entre la valeur minimale et la valeur maximale.

5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' en cas de dépassement vers le bas de la température maximale des gaz d'échappement (12), on augmente en continu la charge des cylindres jus-qu'à une valeur limite supérieure (93) et ensuite on augmente le rapport d'air comburant jusqu'à une valeur limite supérieure (23).

6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité d'intégration (20), qui commande le rapport d'air comburant, est activée en cas de dépassement vers le haut de la température maximale des gaz d'échappement (12) et la diminution de l'enrichissement n'est activée que lorsque la charge des cylindres n'est pas réduite.

7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on active l'unité d'intégration (90) commandant la charge des cylindres lors du dépassement de la température maximale des gaz d'échappement (12) et lorsqu'on atteint la valeur limite inférieure (22) du rapport d'air comburant.

8 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on atteint l'abaissement de la charge des cylindres dans le cas de moteurs atmosphériques par une ouverture maximale réduite du volet d'étranglement et dans le cas de moteurs suralimentés on réduit la pres- Sion de charge maximale de consigne.

9 ) Dispositif de régulation de la température des gaz d'échappement (1) d'un moteur à combustion interne comportant un dispositif de saisie de la température des gaz d'échappement (13), cette température des gaz d'échappement (13) étant retranchée d'une température maximale des gaz d'échappement (12) par une unité de différence (10), caractérisé en ce qu' il applique un signal de différence (11) d'une unité de différence (10) à une première unité d'intégration (20) et à une seconde unité d'intégration (90), une sortie (21) de la première unité d'intégration (20) coopérant avec une commande du rapport d'air comburant et une sortie (91) de la seconde unité d'intégration (90) coopérant avec une unité de commande de la charge des cylindres.

10 ) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première unité d'intégration (20) comporte des consignes pour une va-leur limite inférieure (22) et une valeur limite supérieure (23), et la seconde unité d'intégration (90) comporte les consignes pour une valeur limite inférieure (92) et une valeur limite supérieure (93), les valeurs limites supérieures (23, 93) étant limitées à la valeur 1 .

11 ) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que pour libérer l'unité d'intégration (90), la sortie d'intégration (21) est cornIo binée à la limite inférieure (22) de l'unité d'intégration (20) dans une unité de comparaison (70) qui fournit un signal de libération (71) coopérant avec la seconde unité d'intégration (90).

12 ) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que pour libérer la première unité d'intégration (20), la sortie (91) d'intégrateur est combinée à la limite supérieure (93) de la seconde unité d'intégration (90) dans une unité de comparaison (60) donnant un signal de sortie (61) qui, avec en même temps la sortie (31) d'un comparateur (30) recevant le signal de différence (11) de l'unité de différence (10), est appliqué à une porte OU (50), et un signal de libération (51) constitue le signal de sortie de la porte OU (50) comme signal de libération pour coopérer avec la seconde unité d'intégration (90).

13 ) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la sortie (21) de la première unité d'intégration (20) est appliquée avec un signal d'état 1 (80) à une unité de division (40) dont le signal de sortie (41) est l'inverse de la sortie (21) de l'intégrateur.

14 ) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la régulation de la température des gaz d'échappement (1) est réalisée sous la forme d'une commande câblée et/ ou d'une commande en pro-35 gramme (logiciel).

15 ) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la régulation de la température des gaz d'échappement (1) est intégrée partiellement ou totalement dans une commande de moteur.