FR2898682A1 - Procede et dispositif de correction du signal fourni par une sonde lambda - Google Patents

Abstract

Procédé de correction du signal de mesure (US_vK, US_nK) fourni par une sonde Lambda (14, 15) installée dans la zone des gaz d'échappement (13) d'un moteur à combustion interne (10) selon lequel on tient compte de la concentration en hydrogène dans la zone des gaz d'échappement (13). On n'effectue une correction que si le signal de mesure (US_vK, US_nK) correspond au moins à un coefficient Lambda stoe-chiométrique des gaz d'échappement et si une détection de la concentration en hydrogène est faite à l'aide de l'exploitation du signal de mesure (US_vK, US_nK).

Description

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé et un

dispositif de correction du signal de mesure fourni par une sonde Lambda installée dans la zone des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne selon lequel on tient compte de la concentration en hydrogène dans la zone des gaz d'échappement. L'invention concerne également un programme d'ordinateur et un produit de programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre du procédé.

Etat de la technique Le document DE 101 47 491 A décrit un procédé de régulation du rapport air/ carburant d'un moteur à combustion interne selon lequel on saisit le coefficient Lambda dans la zone des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne au moins en aval d'un catalyseur à l'aide d'une sonde Lambda. Dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne en particulier en fonction des conditions d'utilisation d'un catalyseur, on rencontre de l'hydrogène dans les gaz d'échappement en aval du catalyseur. L'hydrogène peut se développer dans le catalyseur no- tamment si ce catalyseur reçoit des gaz d'échappement riches à partir de gaz d'échappement maigres. L'expression gaz d'échappement riches désigne un manque en oxygène par rapport au coefficient stoechiométrique et de façon correspondante des gaz d'échappement maigres correspondent à un excédent d'oxygène. L'hydrogène se développe par réaction du monoxyde de carbone avec de l'eau donnant du dioxyde de carbone et d'hydrogène. L'eau nécessaire à la réaction provient de la réaction des hydrocarbures imbrûlés avec l'oxygène réagissant pour donner du dioxyde de carbone et de l'eau. La réaction se produit de préférence dans un nouveau catalyseur par rapport à un catalyseur vieilli. Du fait de la sensibilité transversale de la sonde Lambda vis-à-vis de l'hydrogène, le gaz hydrogène peut fausser le résultat de la mesure. La sensibilité transversale d'une sonde Lambda vis-à-vis de l'hydrogène pourrait provenir entre autres d'une plus grande vitesse de diffusion de la molécule d'hydrogène dans les couches protectrices ou dans la barrière de diffusion d'une sonde Lambda par rapport à la vitesse de diffusion des molécules d'oxygène. Pour une sonde Lambda à bande large avec une référence de pompage, il faut un débit de pompage plus important pour une même concentration d'oxygène dans les gaz d'échappement pour main-tenir la sonde Lambda à variation brusque comportant la sonde Lamb-da à bande large dans un rapport air/carburant stoechiométrique. Un courant de pompage plus important correspond à des gaz d'échappement plus riches.

Dans le cas d'une sonde Lambda à variation brusque, la tension de Nernst augmente au niveau de la cellule du fait de l'absence d'oxygène dans l'électrode de gaz d'échappement. L'augmentation de la tension du capteur correspond ici également à un mélange des gaz d'échappement riches.

Du fait de la concentration en hydrogène dans les gaz d'échappement, la courbe caractéristique des sondes Lambda connues est décalée vers les mélanges riches si bien que les sondes Lambda détectent un gaz d'échappement plus pauvre en oxygène que cela n'est le cas en réalité. Lorsqu'on utilise le signal Lambda dans une régulation Lambda, le décalage vers les mélanges riches de la courbe caractéristique de la sonde Lambda du fait des gaz d'échappement détectés comme étant trop riches se traduit par la poursuite de l'appauvrissement du mélange air-carburant alimentant le moteur à combustion interne. Le document DE 10 47 491 A propose pour y remédier, de déterminer une seconde information concernant la concentration en hydrogène en aval du catalyseur et qui doit être influencée par la fixation du mélange air-carburant alimentant le moteur à combustion in-terne. Selon un premier exemple de réalisation décrit, le capteur d'hydrogène est prévu en parallèle à la sonde Lambda en aval du catalyseur. Un autre exemple de réalisation prévoit d'obtenir l'information concernant la concentration en hydrogène en comparant les résultats de différents procédés d'appréciation de l'état de vieillissement du catalyseur. On détermine ainsi deux grandeurs différentes pour l'état de vieillissement du catalyseur et la déviation entre les deux grandeurs est utilisée comme mesure de la concentration en hydrogène. Cet exemple de réalisation suppose que l'on dispose d'un nouveau catalyseur qui génère plus d'hydrogène dans les conditions de fonctionnement correspondantes que ne le ferait un catalyseur vieilli.

Le document DE 198 03 828 A décrit un diagnostic de catalyseur selon lequel on suppose une capacité de stockage d'oxygène, élevée dans un bon catalyseur. La capacité de stockage d'oxygène se détermine par l'intégration du débit massique d'oxygène passant dans le catalyseur. Le débit massique d'oxygène résulte du flux d'air total et du coefficient Lambda des gaz d'échappement mesuré en amont du catalyseur. Le temps d'intégration est fixé par un signal fourni par une sonde Lambda installée en aval du catalyseur. Exposé de l'invention L'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on n'effectue une correction que si le signal de me-sure correspond au moins à un coefficient Lambda stoechiométrique des gaz d'échappement et si une détection de la concentration en hydrogène est faite à l'aide de l'exploitation du signal de mesure. Le procédé selon l'invention a l'avantage que partant d'une concentration en hydrogène dans la zone des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, on obtient le signal de mesure fourni directement par la sonde Lambda installée dans la zone des gaz d'échappement de sorte qu'il ne faut aucun capteur supplémentaire ni aucun autre paramètre de fonctionnement par exemple du moteur ou grandeur caractéristique par exemple des gaz d'échappement pour dé- tecter une concentration en hydrogène qui devrait être fournie en plus. La correction du signal de mesure fourni par la sonde Lambda installée dans la zone des gaz d'échappement et qui traduit une mesure du coefficient Lambda des gaz d'échappement est compensée très largement en fonction le cas échéant de la concentration en hydrogène dans la zone des gaz d'échappement par la sensibilité transversale à l'hydrogène de la sonde Lambda. Comme le signal de mesure de la sonde Lambda est habituellement utilisé comme valeur réelle dans le cadre d'une régulation du coefficient Lambda, la correction selon l'invention permet de gérer le fonctionnement du moteur à combustion interne, même dans le cas d'une concentration en hydrogène produite dans la zone des gaz d'échappement selon un rapport air-carburant prédéfini permettant un traitement catalytique des gaz d'échappement prévu dans la zone des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, dans une plage de fonctionnement optimale. La correction du signal de mesure n'est prévue que si le signal de mesure indique au moins un coefficient Lambda des gaz d'échappement stoechiométrique ou un coefficient Lambda des gaz d'échappement supérieur à la valeur stoechiométrique. Dans le cas d'un coefficient Lambda des gaz d'échappement supérieur à une valeur stoechiométrique cela signifie un coefficient Lambda des gaz d'échappement riches, avec un excédent de composants non oxydés des gaz d'échappement, par comparaison à la concentration en oxygène dispo- nible pour l'oxydation. Selon une caractéristique, on détecte l'arrivée d'une con-centration en hydrogène en différentiant le signal de mesure. En tenant compte de ce que de toute façon il n'est prévu que pour au moins un coefficient stoechiométrique des gaz d'échappement une appréciation du signal de mesure différentié, on peut supposer qu'un signal de mesure différentié qui se produit après la différentiation, correspond à la con-centration en hydrogène dans la zone des gaz d'échappement et peut servir à la correction. De manière préférentielle, on compare le signal de me- sure différentié à un seuil inférieur. Pour la suite de l'évaluation, on ne tient compte que de signaux de mesure différentiés qui ont au moins une vitesse de variation correspondant au seuil inférieur. On augmente ainsi considérablement la sécurité de la détection. La correction se fait de préférence de façon que pour une concentration en hydrogène, détectée, on intègre le signal de mesure différentié et on atténue le signal intégré le cas échéant avec un coefficient inférieur à 1,0 pour le retrancher du signal du capteur. L'intégration conduit un signal de correction qui découle des variations d'origine du signal. Comme une concentration en hydrogène existant le cas échéant dans la zone des gaz d'échappement se traduit par une ten- sion de mesure plus élevée, il faut retrancher la correction du signal de correction par rapport au signal de mesure d'origine pour obtenir le signal de mesure corrigé. Un développement prévoit que l'intégration après dispa- rition de la concentration en oxygène se poursuit pendant une durée de temporisation prédéfinie. Cela permet de tenir compte de la concentration en hydrogène qui serait passée en dessous du seuil inférieur. Un développement avantageux prévoit qu'après disparition de la concentration en hydrogène, on effectue une désintégration du signal de correction. La désintégration assure de nouveau la neutralisation de la correction du signal de mesure d'origine. Par la désintégration on tient compte, par exemple, du flux de gaz d'échappement et/ ou de la capacité d'accumulation d'oxygène du catalyseur installé dans la zone des gaz d'échappement. La prise en compte de la capacité d'accumulation de l'oxygène du catalyseur est notamment intéressante si la sonde Lambda est installée en aval du catalyseur alors qu'en principe, elle est installée en amont du catalyseur. Comme de manière générale on a une concentration variable d'hydrogène dans la zone des gaz d'échappement, un moyen par-ticulièrement avantageux prévoit qu'un signal de correction, qui existe le cas échéant, s'utilise comme premier décalage d'intégration au démarrage de l'intégration du signal de mesure différentié. Ce moyen tient compte de la concentration en hydrogène qui existe encore après la diminution de la concentration en hydrogène et avant qu'une nouvelle augmentation de la concentration en hydrogène poursuive l'intégration. Un développement prévoit une intégration du signal de mesure différentié déjà lorsque le signal de mesure correspond au moins à un coefficient Lambda stoechiométrique des gaz d'échappement et que le signal intégré au préalable serve de second moyen de décalage d'intégration et, qu'en outre, ce second décalage d'intégration soit remis à zéro si au plus tard à la fin d'un temps d'attente prédéfini, aucune concentration en hydrogène n'est plus détectée. Ce moyen permet de saisir une éventuelle concentration en hydrogène qui n'a pas encore été détectée du fait de la temporisation physique et électrique du signal et qui peut être prise en compte par un second décalage d'intégration. Cela augmente la précision de la correction. Le dispositif selon l'invention, pour la mise en oeuvre du procédé, concerne tout d'abord un appareil de commande conçu tout particulièrement pour la mise en oeuvre du procédé. Le programme d'ordinateur selon l'invention est destiné à exécuter toutes les étapes du procédé de l'invention sur un ordinateur. Le produit programme d'ordinateur selon l'invention, avec un code programme enregistré sur un support lisible par une machine, exécute le procédé selon l'invention lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur ou dans un appareil de commande. Dessin La présente invention sera décrite à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans le dessin annexé dans lequel : La figure montre l'environnement technique dans lequel s'exécute un procédé selon l'invention. Description d'un mode de réalisation La figure montre un moteur à combustion interne 10 dont la zone d'admission 11 comporte un moyen de détection d'air 12 et dont la zone des gaz d'échappement 13 est équipée de deux sondes ou capteurs Lambda 14, 15 ainsi que d'un catalyseur 16. Une première sonde Lambda 14 est installée en amont du catalyseur 16 et une seconde sonde Lambda 15 en aval de celui-ci. La zone des gaz d'échappement 11 est traversée par un flux de gaz d'échappement ms_Abg. Le moyen de détection d'air 12 fournit à l'appareil de commande 20, un signal d'air ms _L ; le moteur à combustion interne 10 lui fournit une vitesse de rotation n ; la première sonde Lambda 14 fournit un premier signal de mesure US_vK et la seconde sonde Lambda 15 fournit un second signal de mesure US_nK. L'appareil de commande 20 fournit un signal de carburant m_K au moyen de dosage de carburant 21 du moteur à combustion interne 10. L'appareil de commande comporte un moyen de détermination de signal de carburant 21 qui, partant de la vitesse de rotation ou régime n, du signal d'air ms_L ainsi que d'une valeur de consigne de couple Md_Soll, fournit le signal de carburant m_K. Le procédé selon l'invention permet de corriger à la fois le premier et le second signal de mesure US_vK, US_nK. Il est prévu de préférence une correction du second signal de mesure US_nK fourni par la seconde sonde Lambda 15 installée en aval du catalyseur 16 car la concentration en oxygène se produit principalement au niveau du catalyseur 16. Dans l'exemple de réalisation présenté, les deux signaux de mesure US_vK, US_nK sont appliqués à un filtre passe-bas 22 qui élimine les composantes de signaux parasites à haute fréquence du signal de mesure US_vK, US_nK et fournit un signal de mesure filtré US_F. Le signal filtré US_F est appliqué à un différentiateur 23, à un premier comparateur 24 et un additionneur 25. Le différentiateur 23 différentie le signal de mesure filtré US_F et fournit le signal filtré et 15 un signal de mesure différentié dt_US_F appelé ci-après signal de me-sure différentié dt_US_F. Le signal de mesure différentié dt_US_F est appliqué à un intégrateur de signal de correction 30, à un second comparateur 31 et un intégrateur de décalage 32. L'intégrateur de signal de correction 30 intègre le signal 20 de mesure différentié dt US F dans les conditions décrites ultérieurement et fournit un signal de correction 33 utilisé pour corriger le signal de mesure US_vK, US_nK. Le signal de correction 33 après avoir passé un limiteur 34 est appliqué à un inverseur 35 qui fournit le signal de correction 40 limité et inversé à l'additionneur 25 ; celui-ci fournit le 25 signal de mesure corrigé US_korr. La correction du signal de mesure US_vK, US_nK n'est prévue que si ce signal de mesure US_vK, US_nK ou le signal de mesure filtré US_F correspond au moins à un coefficient Lambda stoechiométrique. Le premier comparateur 24 compare le signal de mesure filtré 30 US_F à un seuil stoechiométrique US_Stô et fournit un premier signal de libération 41 si le signal de mesure filtré US_F est au moins égal au seuil stoechiométrique US_Stô. Le seuil stoechiométrique US_Stô est fixé par exemple à une tension de 0,6 Volt pour une sonde Lambda 14, 15 à variation brusque.

L'intégrateur de signal de correction 30 peut alors intégrer le signal de mesure différentié dt_US_F si, en plus du premier signal de libération 41, un second signal de libération 42 que fournit le second comparateur 31 est disponible. Le second comparateur 31 corn- pare le signal de mesure différentié dt_US_F à une valeur de seuil ou plus simplement seuil inférieur dt_US_F_uLim. Le seuil inférieur dt_US_F_uLim correspond par exemple à 0,2V/s. Ce n'est que si le signal de mesure différentié dt_US_F présente une vitesse de variation qui correspond au moins au seuil inférieur dt_US_F_uLim que l'on a le second signal de libération 42. Le premier et le second signal de libération 41, 42 sont fournis à un moyen de temporisation de chute 43 qui fournit un signal de libération temporisé 44 à l'intégrateur de signal de correction 30 et à une porte OU 45. Le moyen de temporisation 43 assure une combinai- 15 son logique ET pour les deux signaux de libération 41, 42 et fournit directement le signal de libération temporisé de chute 44 si les conditions ET sont remplies. Le moyen de temporisation 43 fournit le signal de libération temporisé 44 en outre pour une durée de temporisation ti_v lorsque le signal de libération 42 n'est plus appliqué mais qu'il y a le 20 signal de libération 41. Le moyen de temporisation 43 assure une con-centration d'hydrogène pour laquelle on a déjà dépassé vers le bas le seuil inférieur dt_US_F_uLim et qui peut en outre être prise en compte pour déterminer le signal de correction 33. A chaque démarrage de l'intégrateur de signal de correction 30, on tient compte d'un premier décalage d'intégration 50 obtenu à partir du signal de correction 33. Dans l'exemple de réalisation, le premier décalage d'intégration 50 est identique au signal de correction 33 après passage du limiteur 34. Le premier décalage d'intégration 50 représente la concentration en hydrogène qui subsiste dans la plage des 30 gaz d'échappement 13 et qui ne serait pas prise en compte par ailleurs au démarrage de l'intégrateur de signal de correction 30. Cela permet notamment de prendre en compte la moyenne de la concentration en hydrogène que celui-ci augmente ou chute. Le limiteur 34 prévu le cas échéant est un moyen de 35 protection limitant le signal intégré 33 à des valeurs plausibles. Une diminution sous la valeur de 0 Volt ou une augmentation par exemple de plus de 300 mV se traduirait par une correction erronée du signal de mesure US_vK, US_nK. On peut prévoir une autre mesure de protection avec un seuil d'intégration supérieur et/ou inférieur uLim, oLim déjà dans l'intégrateur de signal de correction 30. Si l'on supprime le premier signal de libération 41 et/ou le second signal de libération 42 et, à la fin de la durée de temporisation Zi_v définie par le moyen de temporisation 43, on termine l'intégration du signal de mesure différentié dt_US_F dans l'intégrateur de signal de correction 30. Ensuite, on commande la désintégration du signal de correction 33 en tenant compte par exemple du débit des gaz d'échappement ms_Abg et/ou de la capacité d'accumuler de l'oxygène OSC du catalyseur 16. La prise en compte de la capacité d'accumulation d'oxygène OSC n'est prévue que si le second signal de mesure US_nK de la seconde sonde Lambda 15 en aval du catalyseur 16 doit être corrigé. La désintégration du signal de correction 33 se ter-minera au plus tard lorsque le signal de correction 33 arrive à 0 Volt. Comme les vitesses de diffusion dans les sondes Lambda 14, 15 sont finies et du fait des temporisations électriques des signaux produites notamment dans le filtre passe-bas 22, dans le différentiateur 23 et dans les autres éléments fonctionnels, on a prévu de préférence l'intégrateur de décalage 32 qui fournit le second décalage d'intégration 51 en intégrant le signal de mesure différentié dt_US_F pour l'intégrateur de signal de correction 30. L'intégration par l'intégrateur de décalage 32 commence toujours lorsqu'on a uniquement le premier signal de libération 41. Dans ce cas, le coefficient Lambda des gaz d'échappement a toujours varié à partir d'un coefficient Lambda maigre dans le sens d'un coefficient Lambda riche sachant qu'il faut compter avec une concentration d'hydrogène dans la zone des gaz d'échappement 13. Si après, un second décalage d'intégration 51, et du fait de l'arrivée du signal de libération 44 temporisé, l'intégration commence dans l'intégrateur de signal de correction 30, on peut tenir compte du second décalage d'intégration 51 et de l'éventuel premier décalage d'intégration 50 comme valeur initiale pour l'intégration.

Le second décalage d'intégration 51 est neutralisé si le second signal de libération 41 disparaît. Dans ce cas, l'intégrateur de décalage 32 reçoit le premier signal de libération 41 comme premier signal de remise à l'état initial R1. Le second décalage d'intégration 50 est neutralisé si le signal de mesure différentié dt_US_F est retombé à la valeur 0 ou à une valeur négative. Dans ce cas, on fournit le signal de mesure différentié dt_US_F à l'intégrateur de décalage 32 comme second signal de remise à l'état initial R2. Un troisième signal de remise à l'état initial R3 est fourni à l'intégrateur de décalage 32 par la porte OU 45 si le signal de libération retardé 44 disparaît ou si un temps d'attente ti_Lim est fourni par une horloge 55. Dans la mesure où l'un des signaux de remise à l'état initial R1, R2, R3 apparaît, il faut supposer qu'il n'y a plus de concentration décelable d'hydrogène dans la zone des gaz d'échappement 13 si bien que l'on neutralise le second décalage d'intégration 50 et on le met à 0. Le signal de capteur corrigé US_korr peut alors être four-ni pour la suite du traitement de signal comme signal de mesure US_vK, US_nK corrigé vis-à-vis de la sensibilité à l'hydrogène de la sonde Lambda 14, 15 ; ce moyen de traitement de signal comporte de préférence une régulation du coefficient Lambda recevant en entrée le signal de capteur US_korr, corrigé comme valeur réelle du coefficient Lambda. La correction du signal de mesure US_vK, US_nK évite dans la régulation du coefficient Lambda tout appauvrissement erroné du mélange air-carburant alimentant le moteur à combustion interne 10 du fait du signal de mesure US_vK, US_nK, faussé par la sensibilité transversale à l'hydrogène de la sonde Lambda 14, 15 de sorte que le catalyseur 16 reste toujours dans la plage de conversion optimale pour les composants non voulus des gaz d'échappement.30

Claims (5)

REVENDICATIONS

1 ) Procédé de correction du signal de mesure (US_vK, US_nK) fourni par une sonde Lambda (14, 15) installée dans la zone des gaz d'échappement (13) d'un moteur à combustion interne (10) selon lequel on tient compte de la concentration en hydrogène dans la zone des gaz d'échappement (13), caractérisé en ce qu' on n'effectue une correction que si le signal de mesure (US_vK, US_nK) correspond au moins à un coefficient Lambda stoechiométrique des gaz d'échappement et si une détection de la concentration en hydrogène est faite à l'aide de l'exploitation du signal de mesure (US_vK, US_nK).

2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détecte l'arrivée d'une concentration en hydrogène par différentiation du signal de mesure (US_vK, US_nK).

3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on compare le signal de mesure, différentié (dt_US_F) à une valeur de seuil inférieure (dt_US_F_uLim) et on détecte l'arrivée d'une concentration en hydrogène si le signal de mesure différentié (dt_US_F) dépasse le seuil bas (dt_US_F_uLim).

4 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' en détectant une concentration en hydrogène, on intègre le signal de mesure (dt_US_F) et on retranche le signal de correction (33) obtenu par intégration par rapport au signal de mesure (US_vK, US_nK).

5 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' on poursuit l'intégration pendant une durée de temporisation prédéfinie (ti_v) après disparition de la concentration en hydrogène.356 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' on effectue une désintégration du signal de correction (33) après la disparition de la concentration en hydrogène. 7 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la désintégration dépend du flux de gaz d'échappement (ms_Abg) dans la zone des gaz d'échappement (13) et/ou de la capacité d'accumulation de l'oxygène (OSC) d'un catalyseur (16) installé dans la zone des gaz d'échappement (13). 8 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 ou 6, caractérisé en ce qu' on utilise le signal de correction (33) comme premier décalage d'intégration (51). 9 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' on effectue déjà l'intégration du signal de mesure différentié (dt_US_F) si le signal de mesure (US_vK, US_nK) correspond au moins à un coefficient Lambda stoechiométrique et si le signal préalablement intégré est utilisé comme second décalage d'intégration (50) et si en outre le second décalage d'intégration (50) est mis à zéro si ultérieurement après la fin d'un temps d'attente prédéfini (ti_Lim) on ne détecte plus de concentration en hydrogène. 10 ) Dispositif de détection du coefficient Lambda des gaz d'échappement dans la zone des gaz d'échappement (13) d'un moteur à 30 combustion interne (10), caractérisé en ce qu' il comporte un appareil de commande (20) pour exécuter le procédé selon au moins l'une des revendications 1 à 9. 13 11 ) Programme d'ordinateur qui exécute toutes les étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à 9 sur un ordinateur. 12 ) Produit de programme d'ordinateur comportant un code pro-gramme enregistré sur un support lisible par une machine pour exécuter le procédé selon l'une des revendications 1 à 9 lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur ou dans un appareil de commande (20).10