FR2944051A1 - Appareil de controle de la chaleur d'echappement - Google Patents

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Abstract

L'appareil de contrôle de la chaleur d'échappement sert dans un système de récupération de chaleur pour récupérer et réutiliser la chaleur d'échappement d'un moteur (10). L'appareil de contrôle de la chaleur d'échappement comporte une pluralité d'éléments de réglage de quantité de chaleur d'échappement activés pour augmenter un niveau de la chaleur d'échappement du moteur, et un élément de contrôle qui contrôle la chaleur d'échappement en fonction d'un besoin d'utilisation en chaleur pour augmenter le niveau de la chaleur d'échappement du moteur par activation d'au moins un des éléments de réglage de quantité de chaleur d'échappement de ladite pluralité.

Description

APPAREIL DE CONTROLE DE LA CHALEUR D'ECHAPPEMENT La présente invention concerne un appareil de contrôle de la chaleur d'échappement pour contrôler la quantité de chaleur d'échappement d'un moteur en fonction d'une demande d'utilisation de chaleur. L'énergie de combustion générée par combustion de carburant dans un moteur monté sur un véhicule contient beaucoup d'énergie thermique en dehors de l'énergie cinétique utilisée pour faire marcher le véhicule. Cette énergie thermique peut être utilisée pour chauffer un habitacle du véhicule ou réchauffer un catalyseur monté sur un tuyau d'échappement du moteur. Par exemple, il est connu de récupérer la chaleur d'échappement du moteur contenue dans l'eau de refroidissement du moteur et d'utiliser la chaleur d'échappement récupérée du moteur pour chauffer l'espace. En outre, diverses techniques sont proposées pour mettre en oeuvre un chauffage rapide d'un catalyseur pour augmenter une température d'échappement en commandant la synchronisation ou calage d'allumage (timing d'allumage) ou la distribution (timing) d'ouverture/fermeture de soupapes d'admission ou d'échappement. Par exemple, se référer à la demande de brevet japonais mise à l'inspection publique n° 11-324746. Toutefois, il peut se produire un cas dans lequel le calage d'allumage ou la distribution d'ouverture/fermeture de soupapes ne peut pas être modifié en fonction de l'état de fonctionnement du moteur. Dans ce cas, du fait que la température d'échappement ne peut pas être augmentée, un chauffage rapide du catalyseur ne peut pas être mis en oeuvre. Par exemple, quand le moteur fonctionne avec une faible charge, du fait que la quantité de chaleur d'échappement du moteur est réduite, il peut se produire un cas dans lequel une quantité exigée de chaleur d'échappement ne peut pas être satisfaite.
Pendant ce temps, si le calage d'allumage ou la distribution d'ouverture/fermeture de soupapes est modifié(e) indépendamment de l'état de fonctionnement du moteur, le rendement du carburant du moteur peut être réduit de manière significative.
La présente invention propose un appareil de contrôle de la chaleur d'échappement destiné à être utilisé dans un système de récupération de chaleur pour récupérer et réutiliser la chaleur d'échappement d'un moteur, comprenant : une pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement activées pour augmenter une quantité de la chaleur d'échappement du moteur ; et une section de commande qui effectue le contrôle de chaleur d'échappement en fonction d'une demande d'utilisation de chaleur pour augmenter la quantité de la chaleur d'échappement du moteur en activant au moins une de la pluralité de sections réglage de quantité de chaleur d'échappement. Selon la présente invention, il est proposé un appareil de contrôle de la chaleur d'échappement qui permet d'effectuer le contrôle de la chaleur d'échappement sur un moteur en fonction d'une demande d'utilisation de chaleur, tout en supprimant au minimum les désavantages tels qu'une diminution d'un rendement de fonctionnement du moteur en raison de l'exécution du contrôle de la chaleur d'échappement.
Dans certains modes de réalisation, une plage augmentable de la chaleur d'échappement obtenue en effectuant le contrôle de la chaleur d'échappement est différente pour la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement et la section de commande sélectionne plus préférentiellement la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement ayant une valeur supérieure de la plage augmentable comme la section à activer. Dans divers modes de réalisation de l'appareil de contrôle de la chaleur d'échappement de l'invention, il peut être fait recours à une ou plusieurs des dispositions suivantes : - chacune de la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement comprend une d'une première fonction pour augmenter une perte de refroidissement du moteur pour augmenter la quantité de chaleur d'échappement et d'une deuxième fonction pour augmenter une perte d'échappement du moteur pour augmenter la quantité de chaleur d'échappement, et la section de commande détermine laquelle des première et deuxième fonctions doit être utilisée pour augmenter la quantité de chaleur d'échappement en fonction d'au moins un des contenus de la demande d'utilisation de chaleur et de la quantité de chaleur demandée ; - la section de commande sélectionne au moins une de la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement utilisées pour effectuer le contrôle de quantité de chaleur d'échappement sur la base des rendements de chaleur d'échappement de la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement, le rendement de chaleur d'échappement représentant un rapport entre une quantité d'augmentation de la chaleur d'échappement et une quantité d'augmentation d'injection de carburant quand le contrôle de chaleur d'échappement est effectué ; - la section de commande calcule le rendement de chaleur d'échappement de chacune de la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement et sélectionne plus préférentiellement la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement ayant une valeur supérieure de rendement de chaleur d'échappement comme la section à activer ; - une plage augmentable de la chaleur d'échappement obtenue en effectuant le contrôle de chaleur d'échappement est différente pour la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement et la section de commande sélectionne au moins une des sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement sur la base des rendements de chaleur d'échappement de la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement et des plages augmentables de la chaleur d'échappement de la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description ci-après conjointement aux dessins. Sur les dessins annexés : la figure 1 est un schéma fonctionnel représentant schématiquement la 30 structure d'un système de récupération de la chaleur d'échappement d'un moteur comprenant un appareil de contrôle de la chaleur d'échappement selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est un diagramme des temps expliquant la distribution d'ouverture/fermeture des soupapes du moteur commandées par l'appareil de contrôle de la chaleur d' échappement du premier mode de réalisation ; la figure 3 est un diagramme représentant une relation entre le rendement d'arbre moteur et le rendement de génération de chaleur pour chacune des première à troisième sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement comprises dans l'appareil de contrôle de la chaleur d'échappement du premier mode de réalisation ; la figure 4 est un diagramme des temps expliquant un schéma général de contrôle de chaleur d'échappement effectué par l'appareil de contrôle de la chaleur d'échappement du premier mode de réalisation ; la figure 5 est un organigramme représentant le processus du contrôle de chaleur d'échappement effectué par l'appareil de contrôle de la chaleur d'échappement du premier mode de réalisation ; la figure 6 est un graphique représentant une relation entre la puissance du 15 moteur et la quantité de chaleur d'échappement émise par le moteur ; la figure 7 est un schéma fonctionnel pour expliquer le contrôle de chaleur d'échappement effectué par un appareil de contrôle de la chaleur d'échappement selon un second mode de réalisation de l'invention ; la figure 8 est un organigramme représentant le processus du contrôle de 20 chaleur d'échappement effectué par l'appareil de contrôle de la chaleur d'échappement du second mode de réalisation ; et la figure 9 est un organigramme représentant une modification du processus du contrôle de chaleur d'échappement effectué par l'appareil de contrôle de la chaleur d'échappement du second mode de réalisation. 25 Premier mode de réalisation La figure 1 est un schéma fonctionnel représentant schématiquement la structure d'un système de récupération de la chaleur d'échappement comprenant un appareil de contrôle de la chaleur d'échappement selon un premier mode de 30 réalisation de l'invention. Comme représenté sur la figure 1, un moteur 10, qui est un moteur à essence à plusieurs cylindres du type à allumage par étincelle disruptive, est relié à un tuyau d'admission d'air 11 et à un tuyau d'échappement 12. Le tuyau d'admission d'air 11 est muni d'une soupape d'étranglement 13 pour réguler la quantité d'air s'écoulant dans le cylindre du moteur 10. La soupape d'étranglement 13 est commandée en ouverture/fermeture par un actionneur d'étranglement 14 comprenant un moteur électrique. L'actionneur d'étranglement 14 est équipé d'un capteur d'étranglement pour détecter le degré d'ouverture (ouverture d'étranglement) de la soupape d'étranglement 13. Le moteur 10 est équipé, pour chacun des cylindres du moteur 10, d'un injecteur 15 pour injecter-délivrer du carburant au cylindre, un allumeur (dispositif d'allumage) 17 qui force une bougie d'allumage 16 prévue pour chacun des cylindres à générer des étincelles d'allumage, un mécanisme de commande de soupape côté admission 18 pour régler la distribution d'ouverture/fermeture de la soupape d'admission prédisposée dans chacun des cylindres et un mécanisme de commande de soupape côté échappement 19 pour régler la distribution d'ouverture/fermeture de la soupape d'échappement prédisposée dans chacun des cylindres. Dans ce mode de réalisation, le moteur 10 est un moteur à injection à orifice d'admission avec une structure dans laquelle l'injecteur 15 est disposé à proximité de l'orifice d'admission du moteur. Toutefois, le moteur 10 peut être un moteur à injection directe avec une structure dans laquelle l'injecteur 15 est monté sur la tête de cylindre ou culasse du moteur. Chacun du mécanisme de commande de soupape côté admission 18 et du mécanisme de commande de soupape côté échappement 19 règle l'angle d'avance de l'arbre à cames côté admission ou de l'arbre à cames côté échappement. La distribution d'ouverture/fermeture de chaque soupape d'admission peut être décalée du côté angle d'avance ou du côté angle de retard par le mécanisme de commande de soupape côté admission 18. La distribution d'ouverture/fermeture de chaque soupape d'échappement peut être décalée du côté avance ou du côté retard par le mécanisme de commande de soupape côté échappement 19. Le tuyau d'échappement 12 est équipé d'un capteur de concentration d'oxygène 21 pour mesurer la concentration d'oxygène contenue dans les gaz d'échappement (indiqué ci-après comme capteur A/F 21) et un catalyseur 22 comme un dispositif de purification des gaz d'échappement du côté aval du capteur A/F 21. Le catalyseur 22, qui peut être un catalyseur ternaire, élimine des composants nocifs des gaz d'échappement. Le tuyau d'échappement 12 est équipé en outre d'un dispositif de récupération de chaleur 23 pour récupérer l'énergie thermique (chaleur d'échappement) contenue dans les gaz d'échappement sur le côté aval du catalyseur 22. Le dispositif de récupération de chaleur 23 récupère la chaleur provenant des gaz d'échappement en transférant la chaleur des gaz d'échappement à l'eau de refroidissement du moteur. La chaleur récupérée peut être utilisée comme une source de chaleur par exemple pour chauffer l'habitable du véhicule. Le système de ce mode de réalisation comprend en outre un dispositif de recyclage EGR (recyclage des gaz d'échappement) qui introduit une partie des gaz d'échappement du côté admission d'air du moteur. Un tuyau EGR 25 est disposé entre le tuyau d'admission d'air 11 et le tuyau d'échappement 12. Le tuyau EGR 25 est relié au tuyau d'admission d'air 11 du côté aval de la soupape d'étranglement 13 à une extrémité de celui-ci et relié au tuyau d'échappement 12 du côté aval (ou du côté amont) du catalyseur 22 à l'autre extrémité de celui-ci. Le tuyau EGR 25 est muni d'une vanne EGR 26 du type électromagnétique dans sa partie centrale. En réglant le degré d'ouverture de la vanne EGR 26, la quantité de gaz EGR peut être réglée. Ensuite, la structure du système de refroidissement du moteur 10 sera expliquée. Le moteur 10 comprend une chemise d'eau 31 formée pour pénétrer à travers le bloc-cylindres et sa culasse. L'eau de refroidissement est délivrée en circulation à la chemise d'eau 31 pour refroidir le moteur 10. La température de l'eau de refroidissement à l'intérieur de la chemise d'eau 31 (la température de l'eau de refroidissement) est mesurée par une sonde de température d'eau 32. La chemise d'eau 31 est reliée à un canal de circulation 33 comprenant un tuyau d'eau de refroidissement etc., qui est pourvu d'une pompe à eau 34 pour faire circuler l'eau de refroidissement. Dans ce mode de réalisation, la pompe à eau 34 est une pompe entraînée mécaniquement par la rotation du moteur 10. Toutefois, ce peut être une pompe entraînée électriquement. Le système de refroidissement peut être configuré pour être en mesure de réguler le débit de l'eau de refroidissement par la pompe à eau 34.
Le canal de circulation 33 est prédisposé de manière à s'étendre vers le dispositif de récupération de chaleur 23 à partir de l'extrémité de sortie de la chemise d'eau 31, et retourne au moteur 10 par le biais du dispositif de récupération de chaleur 23. Le canal de circulation 33 est muni d'un noyau de chauffage 35 sur le côté aval du dispositif de récupération de chaleur 23. Le noyau de chauffage 35 est alimenté avec de l'air de climatisation par un ventilateur soufflant (non représenté). L'air de climatisation est chauffé quand il passe à travers le noyau de chauffage 35 ou s'écoule à proximité du noyau de chauffage 35 et est délivré dans la cabine du véhicule sous forme d'air chaud. Le canal de circulation 33 se divise en deux branches au niveau d'une portion de ramification située en aval du noyau de chauffage 35, dont une indiquée par 35A est munie d'un radiateur 36. Le canal de circulation 33 est muni d'un thermostat 37 au niveau de la portion de ramification pour commuter le passage de l'eau de refroidissement entre les deux branches. Quand la température de l'eau de refroidissement est inférieure à la température d'activation du thermostat 37, l'eau de refroidissement est empêchée de s'écouler vers le radiateur 36 et circule par conséquent à travers le canal de circulation 33 sans céder de chaleur au niveau du radiateur 36. Par exemple, avant la fin de la mise en température du moteur 10, l'eau de refroidissement est empêchée de se refroidir (ou de céder de la chaleur) dans le radiateur 36. Quand la température de l'eau de refroidissement dépasse la température d'activation du thermostat 37, l'eau de refroidissement est autorisée à circuler du côté du radiateur 36 et circule par conséquent à travers le canal de circulation 33 en cédant de la chaleur au niveau du radiateur 36.
En conséquence, l'eau de refroidissement est maintenue à une température appropriée (par exemple, approximativement 80). Le système de commande de ce mode de réalisation comprend une unité de commande électronique (ECU) 40 servant d'appareil de contrôle de la chaleur d'échappement. L'ECU 40 effectue divers contrôles concernant le fonctionnement du moteur 10. L'ECU 40, qui est principalement composée d'un microprocesseur comprenant une unité centrale de traitement CPU, une mémoire morte ROM et une mémoire vive RAM, effectue les divers contrôles en exécutant divers programmes de contrôle mémorisés dans la mémoire ROM en fonction de l'état de fonctionnement du moteur 10. Le système de commande de ce mode de réalisation est équipé de divers capteurs pour détecter l'état de fonctionnement du moteur 10, comprenant un capteur de vitesse de rotation 41 pour mesurer la vitesse de rotation du moteur et un capteur de charge 42 pour mesurer la charge de moteur telle que la quantité d'air d'admission ou la pression de retour dans le tuyau d'admission d'air. Les signaux de détection de ces capteurs 41 et 42 et également du capteur A/F 21 et de la sonde de température d'eau 32 précités sont appliqués en entrée sur l'ECU 40. L'ECU 40 effectue un contrôle d'injection de carburant au moyen de l'injecteur 15, un contrôle de calage d'allumage au moyen de l'allumeur 17, un contrôle de distribution de soupapes au moyen des mécanismes de commande de soupape 18 et 19, et un contrôle de quantité d'air d'admission au moyen de la soupape d'étranglement 13, en fonction des différents signaux de détection reçus. Ces différents contrôles sont effectués fondamentalement en fonction de données d'adaptation afin de faire fonctionner le moteur avec le plus haut rendement (plus haut rendement du carburant). A ce propos, la caractéristique de rendement du moteur 10 est déterminée en fonction de certains paramètres comprenant la vitesse de rotation du moteur et la charge du moteur. Le système de ce mode de réalisation vise à augmenter le rendement du carburant globalement en récupérant, à partir de l'énergie de combustion du carburant générée par le moteur 10, l'énergie thermique en tant que perte thermique (énergie autre que l'énergie cinétique) et en réutilisant l'énergie thermique récupérée. En conséquence, le système de ce mode de réalisation effectue le contrôle de la chaleur d'échappement sur le moteur 10 en fonction de la demande d'utilisation de chaleur et de l'état de fonctionnement du moteur à chaque instant.
Dans ce but, ce mode de réalisation comprend une pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement pour augmenter l'énergie thermique (perte thermique) comme la chaleur d'échappement du moteur 10 et il est configuré pour déterminer laquelle de la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement devrait être utilisée pour augmenter la chaleur d'échappement quand il se produit une demande d'utilisation de chaleur telle que la demande de chauffage de l'habitacle ou la demande de chauffage du catalyseur. Dans ce mode de réalisation, le contrôle de la chaleur d'échappement est effectué pour augmenter la quantité de chaleur d'échappement en utilisant le fait que la quantité de chaleur d'échappement est augmentée (a) en retardant le timing ou calage d'allumage, (b) en décalant le timing ou synchronisation d'ouverture de la soupape d'admission du côté de l'angle d'avance (c'est-à-dire en ouvrant plus tôt la soupape d'admission), (c) en décalant le timing ou synchronisation d'ouverture de la soupape d'échappement du côté de l'angle de retard (c'est-à-dire en ouvrant plus tard la soupape d'échappement), et le fait que la quantité de chaleur d'échappement peut être ultérieurement augmentée (d) par une combinaison de retard du calage d'allumage et de décalage de la distribution d'ouverture/fermeture des soupapes d'admission et d'échappement. Afin d'augmenter la quantité de chaleur d'échappement, le plus efficace consiste à retarder le calage d'allumage. En ouvrant plus tôt la soupape d'admission, ou en ouvrant plus tard la soupape d'échappement, du fait que la période de chevauchement des soupapes durant laquelle les soupapes d'admission et d'échappement seront toutes deux ouvertes est prolongée, la quantité de recyclage de gaz d'échappement EGR interne est augmentée et par conséquent la quantité de chaleur d' échappement est augmentée. Toutefois, l'augmentation de la quantité de EGR interne peut entraîner un désavantage tel que la dégradation de capacité de conduite en fonction de l'état de fonctionnement du moteur etc. En conséquence, il existe une restriction dans l'augmentation de la quantité de EGR interne en fonction de l'état de fonctionnement du moteur etc.
La figure 2 est un diagramme des temps représentant les distributions d'ouverture/fermeture de la soupape d'admission In et de la soupape d'échappement Ex. La section (a) de la figure 2 représente un cas dans lequel ces soupapes sont ouvertes ou fermées en fonction de distributions d'ouverture/fermeture de base. La section (b) de la figure 2 représente un cas dans lequel la distribution d'ouverture/fermeture de la soupape d'admission In est avancée de manière que la soupape d'admission In soit ouverte plus tôt. La section (c) de la figure 2 représente un cas dans lequel la distribution d'ouverture/fermeture de la soupape d'échappement Ex est retardée de manière que la soupape d'échappement Ex soit ouverte plus tard. La section (d) de la figure 2 représente un cas dans lequel l'ouverture anticipée de la soupape d'admission In et l'ouverture retardée de la soupape d'échappement Ex sont effectuées en même temps de manière que la période de chevauchement soit prolongée à une durée maximale. Ce mode de réalisation comprend des première à troisième sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement, une section de commande et une section d'augmentation de puissance de sortie du moteur. La première section de réglage de quantité de chaleur d'échappement retarde le calage d'allumage et provoque l'ouverture retardée de la soupape d'échappement. La deuxième section de réglage de quantité de chaleur d'échappement retarde le calage d'allumage et provoque l'ouverture anticipée de la soupape d'admission. La troisième section de réglage de quantité de chaleur d'échappement retarde le calage d'allumage. Les fonctions des sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement précitées sont mises en oeuvre par le microprocesseur de l'ECU 40 en exécutant des programmes mémorisés dans sa mémoire ROM ou RAM. Les première à troisième sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement sont différentes l'une de l'autre dans la plage de fonctionnement du moteur dans laquelle le réglage de chaleur d'échappement est possible ou le réglage de chaleur d'échappement peut être effectué de manière avantageuse. En conséquence, dans ce mode de réalisation, le contrôle de chaleur d'échappement est effectué par l'utilisation d'au moins une des première à troisième sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement que la section de commande sélectionne en fonction de la quantité de chaleur demandée ou de l'état de fonctionnement du moteur. La fonction de la section de commande est mise en oeuvre par le microprocesseur de l'ECU 40 en exécutant des programmes mémorisés dans sa mémoire ROM ou RAM. La quantité d'augmentation de la chaleur d'échappement obtenue en effectuant le contrôle de chaleur d'échappement est différente entre les première à troisième sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement. Ce mode de réalisation est configuré pour sélectionner au moins une des première à troisième sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement en fonction de la quantité de chaleur demandée pour effectuer le contrôle de chaleur d'échappement. Cette sélection est effectuée en se référant à des données mappées classées dans la mémoire ROM de l'ECU 40, les données mappées représentant, pour chacune des première à troisième sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement, l'augmentation prévue de la quantité de chaleur d'échappement et la diminution prévue du rendement de fonctionnement du moteur (rendement du carburant) due à l'augmentation de la quantité de chaleur d'échappement. La figure 3 est un diagramme représentant une relation entre le rendement d'arbre moteur et le rendement de génération de chaleur pour chacune des première à troisième sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement. Sur la figure 3, le rendement de génération de chaleur est un rapport entre la quantité de chaleur générée (kW) et la quantité totale d'injection de carburant (kW).
Sur la figure 3, la courbe (1) représente la caractéristique du rendement de génération de chaleur quand la première section de réglage de quantité de chaleur d'échappement effectue (retardant le calage d'allumage et ouvrant plus tard la soupape d'échappement), la courbe (2) représente la caractéristique du rendement de génération de chaleur quand la deuxième section de réglage de quantité de chaleur d'échappement effectue (retardant le calage d'allumage et ouvrant plus tôt la soupape d'admission) et la courbe (3) représente la caractéristique du rendement de génération de chaleur quand la troisième section de réglage de quantité de chaleur d'échappement effectue (retardant le calage d'allumage). En comparant ces courbes, il peut être noté que le rendement de génération de chaleur est plus élevé dans l'ordre pour la troisième section de réglage de quantité de chaleur d'échappement, la deuxième section de réglage de quantité de chaleur d'échappement et la première section de réglage de quantité de chaleur d'échappement. Sur la figure 3, la ligne en trait interrompu GA indique la limite de fonctionnement entre les première et deuxième sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement. La capacité de conduite est considérablement diminuée quand le recyclage EGR interne est effectué dans une plage dans laquelle le rendement d'arbre moteur est inférieur à GA. En conséquence, les première et deuxième sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement sont limitées ou empêchées de fonctionner.
Ensuite, le contrôle de chaleur d'échappement effectué quand le moteur 10 est démarré à froid est expliqué en référence à la figure 4. La figure 4 est un diagramme des temps représentant la transition de la température d'eau de refroidissement après le démarrage à froid du moteur et l'évolution du contrôle de chaleur d'échappement avec la transition de la température d'eau de refroidissement.
Comme représenté sur la figure 4, la température d'eau de refroidissement Tw augmente progressivement à partir de la proximité de la température normale après le démarrage à froid du moteur et atteint une plage de température appropriée pour le moteur 10. Dans ce mode de réalisation, il est supposé que la plage de température appropriée est une plage de THO à TH1. Dans cette plage, le moteur 10 peut être maintenu dans un état réchauffé approprié. La température THO est une température à laquelle le thermostat 37 s'active ou se déclenche. En conséquence, quand Tw > THO, le thermostat 37 s'active ou se déclenche de manière que l'eau de refroidissement commence à circuler à travers le radiateur 36 pour céder de la chaleur à partir du radiateur 36. Dans ce mode de réalisation, THO est 90 °C et TH1 est 80 °C. Ensuite, quand la demande de chauffage d'habitacle se produit comme la demande d'utilisation de chaleur à l'instant tl, l'utilisation de chaleur (génération d'air chaud) est effectuée au niveau du noyau de chauffage 35, avec pour conséquence que la température d'eau de refroidissement Tw est diminuée. Si la température d'eau de refroidissement Tw est abaissée au-dessous de TH1 comme une limite inférieure de la plage de température appropriée, le contrôle de chaleur d'échappement sur le moteur 10 commence à être effectué. La raison est que, quand la température d'eau de refroidissement Tw est trop basse, du fait qu'il n'est pas possible de répondre à la demande de chauffage de l'habitable, la température d'eau de refroidissement Tw doit être augmentée en effectuant le contrôle de chaleur d'échappement. Dans ce mode de réalisation, une pluralité de seuils de température (TH2, TH3) est fixée sur la limite inférieure de la plage de température appropriée. Le contenu du contrôle de chaleur d'échappement est commuté en fonction des résultats de la comparaison entre la température d'eau de refroidissement Tw et chacun des seuils de température. Eventuellement, la différence entre la température d'eau de refroidissement Tw et la limite inférieure de la plage de température appropriée correspond à la quantité de chaleur demandée. Dans le cas représenté sur la figure 4, quand la température d'eau de refroidissement Tw diminue et entre dans la plage de température entre TH1 et TH2 à l'instant t2, la première section de réglage de quantité de chaleur d'échappement effectue le contrôle de chaleur d'échappement (retardant le calage d'allumage + ouvrant plus tard la soupape d'échappement). Dans cette plage de température, du fait que la différence entre la température d'eau de refroidissement Tw et la limite inférieure de la plage de température appropriée est relativement faible et, par conséquent, la quantité de demande de chaleur n'est pas si grande, la première section de réglage de quantité de chaleur d'échappement, qui fournit le plus haut rendement de génération de chaleur parmi les trois sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement, est sélectionnée pour effectuer le contrôle de chaleur d'échappement.
Ensuite, quand la température d'eau de refroidissement Tw diminue encore et entre dans la plage de température entre TH2 et TH3, la troisième section de réglage de quantité de chaleur d'échappement effectue le contrôle de chaleur d'échappement (retardant le calage d'allumage) à la place de la première section de réglage de quantité de chaleur d'échappement. Dans cette plage de température, du fait que la différence entre la température d'eau de refroidissement Tw et la limite inférieure de la plage de température appropriée est relativement grande et, par conséquent, la quantité de demande de chaleur est relativement grande, la troisième section de réglage de quantité de chaleur d'échappement, qui est supposée augmenter la quantité de chaleur d'échappement dans la plus grande mesure parmi les trois sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement, est sélectionnée pour effectuer le contrôle de chaleur d'échappement. De plus, du fait que la quantité de chaleur demandée augmente à l'instant t3, la réponse à cette demande entraîne la diminution du rendement d'arbre moteur (rendement du carburant). En conséquence, à l'instant t3, la première section de réglage de quantité de chaleur d'échappement est commutée à la troisième section de réglage de quantité de chaleur d'échappement également dans le but d'éviter une dégradation de la capacité de conduite. En variante à ce qui précède, quand la température d'eau de refroidissement Tw entre dans la plage de température entre TH1 et TH2, la deuxième section de réglage de quantité de chaleur d'échappement peut effectuer le contrôle de chaleur d'échappement (retardant le calage d'allumage + ouvrant plus tôt la soupape d'admission) à la place de la première section de réglage de quantité de chaleur d'échappement (retardant le calage d'allumage + ouvrant plus tard la soupape d'échappement). De plus, il est possible que, durant la commutation de la première section de réglage de chaleur d'échappement à la troisième section de réglage de quantité de chaleur d'échappement, la deuxième section de réglage de quantité de chaleur d'échappement effectue le contrôle de chaleur d'échappement (retardant le calage d'allumage + ouvrant plus tôt la soupape d'admission). Ensuite, quand la température d'eau de refroidissement Tw augmente ultérieurement et atteint TH2 à l'instant t4, la troisième section de réglage de quantité de chaleur d'échappement (retardant le calage d'allumage) peut être commutée sur la première section de réglage de quantité de chaleur d'échappement (retardant le calage d'allumage + ouvrant plus tard la soupape d'échappement) pour effectuer le contrôle de chaleur d'échappement. Quand la température d'eau de refroidissement Tw augmente ultérieurement et atteint TH1 à l'instant t5, le contrôle de chaleur d'échappement effectué par la première section de réglage de quantité de chaleur d'échappement (retardant le calage d'allumage + ouvrant plus tard la soupape d'échappement) est terminé. Bien qu'une description détaillée en référence aux dessins soit omise, dans un cas où la demande de chauffage du catalyseur autrement que la demande de chauffage de l'habitacle se produit, le contrôle de chaleur d'échappement est effectué comme suit. Quand la température du catalyseur 22 diminue et, par conséquent, la demande de chauffage du catalyseur se produit, la première section de réglage de quantité de chaleur d'échappement (retardant le calage d'allumage + ouvrant plus tard la soupape d'échappement) est activée pour effectuer le contrôle de chaleur d'échappement si la différence entre la température cible du catalyseur 22 (la température d'activation du catalyseur) et la température réelle du catalyseur 22 (la température mesurée par une sonde de température, ou une température estimée calculée) est relativement faible. D'autre part, si la différence est relativement grande, la troisième section de réglage de quantité de chaleur d'échappement (retardant le calage d'allumage) est activée pour effectuer le contrôle de chaleur d'échappement. Eventuellement, la demande de chauffage du catalyseur se produit quand le moteur est redémarré après avoir été arrêté par commande de ralenti-arrêt, autrement que quand la température du catalyseur est abaissée. Il est possible d'adopter une autre section de réglage de quantité de chaleur d'échappement qui augmente la quantité de chaleur d'échappement en décalant la distribution d' ouverture de la soupape d'échappement du côté de l'angle d'avance (c'est-à-dire en ouvrant plus tôt la soupape d'échappement). Dans ce cas, par exemple, le contrôle de chaleur d'échappement est effectué pour retarder le calage d'allumage quand la différence entre la température cible et la température réelle du catalyseur 22 est relativement faible (c'est-à-dire quand la quantité de chaleur demandée est relativement petite) ou pour retarder le calage d'allumage et ouvrir plus tôt la soupape d'échappement quand cette différence est relativement grande (c'est-à-dire quand la quantité de chaleur demandée est relativement grande).
La figure 5 est un organigramme représentant le processus du contrôle de chaleur d'échappement. Ce processus est effectué de manière répétée à intervalles prédéterminés par l'ECU 40. Ce processus commence en déterminant si la demande d'utilisation de chaleur s'est produite ou non dans l'étape S11. La demande d'utilisation de chaleur comprend la demande de chauffage de l'habitacle et la demande de chauffage du catalyseur. La demande de chauffage de l'habitacle se produit en réponse à une commande du conducteur ou du passager du véhicule pour chauffer l'habitacle du véhicule ou à une commande de régulation émise par un climatiseur automatique. La demande de chauffage du catalyseur se produit quand le catalyseur 22 monté sur le tuyau d'échappement 12 est bas, par exemple quand le moteur 10 est démarré à froid ou quand la température du catalyseur 22 diminue pour une quelconque raison quand le moteur 10 est dans un état de marche. Par exemple, quand le moteur 10 est équipé d'une commande de ralenti-arrêt (commande d'arrêt-redémarrage automatique du moteur), il peut se produire que la température du catalyseur 22 diminue au-dessous d'une température prédéterminée alors que la commande de ralenti-arrêt est en service. Dans ce cas, la demande de chauffage du catalyseur se produit après le redémarrage du moteur 10. Si le résultat de la détermination à l'étape S11 est négatif, le processus est terminé, et sinon le processus passe à l'étape S12.
Dans l'étape S12, il est déterminé si la quantité de chaleur demandée à cet instant peut ou non être satisfaite par une commande normale du moteur qui fournit le plus haut rendement du carburant, c'est-à-dire si la quantité de chaleur d'échappement doit ou non être augmentée par l'une quelconque des première à troisième sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement. Par exemple, quand la demande de chauffage de l'habitacle s'est produite, il est déterminé si la température d'eau de refroidissement Tw est ou non au-dessous de la plage de température appropriée entre TH1 et THO. Si le résultat de la détermination à l'étape S12 est affirmatif, puisque cela signifie qu'il n'est pas nécessaire d'augmenter la quantité de chaleur d'échappement, le processus est terminé. Si le résultat de la détermination à l'étape S12 est négatif, le processus passe à l'étape S13. Comme expliqué par la suite, dans les étapes S13 à S17, il est déterminé la mesure dans laquelle la quantité de chaleur d'échappement doit être augmentée, et ensuite le contrôle de chaleur d'échappement est exécuté en fonction de la mesure déterminée de l'augmentation. Par exemple, quand la demande de chauffage de l'habitacle est survenue, la température d'eau de refroidissement Tw est comparée avec chacun d'une pluralité de seuils de température fixés sur le côté inférieur de la plage de température appropriée pour déterminer dans quelle plage se trouve la température d'eau de refroidissement Tw à chaque instant, afin d'effectuer le contrôle de chaleur d'échappement en fonction de la plage de température dans laquelle se trouve la température d'eau de refroidissement Tw. Plus en détail, il est déterminé si la quantité d'augmentation de la chaleur d'échappement est ou non inférieure à une première quantité demandée K1 dans l'étape S13, et il est déterminé si la quantité d'augmentation de la chaleur d'échappement est ou non inférieure à une deuxième quantité demandée K2 supérieure à la première quantité demandée K1 dans l'étape S 14. Le nombre de seuils de quantité demandée (K1 et K2) peut être de trois ou plus. Le processus passe à l'étape S15 si le résultat de la détermination à l'étape S13 est affirmatif, passe à l'étape S16, si le résultat de la détermination à l'étape S13 est négatif et le résultat de la détermination à l'étape S14 est affirmatif, et passe à l'étape S17 si le résultat de la détermination à l'étape S14 est négatif. Dans l'étape S15, un premier contrôle est effectué comme contrôle de chaleur d'échappement pour augmenter la quantité de chaleur d'échappement d'une valeur relativement faible. Dans l'étape S16, un deuxième contrôle est effectué comme contrôle de chaleur d'échappement pour augmenter la quantité de chaleur d'échappement d'une valeur relativement modérée. Dans l'étape S17, un troisième contrôle est effectué comme contrôle de chaleur d'échappement pour augmenter la quantité de chaleur d'échappement d'une valeur relativement grande.
Plus en détail, dans le cas où la demande de chauffage de l'habitacle se serait produite, l'étape S13 détermine si la température d'eau de refroidissement Tw est ou non comprise dans une première plage (la plage de température entre TH1 et TH2 représentée sur la figure 4) et l'étape S14 détermine si la température d'eau de refroidissement Tw est ou non comprise dans une deuxième plage (la plage de température entre TH2 et TH3 représentée sur la figure 4). Si la température d'eau de refroidissement Tw est détectée comme étant dans la première plage de température, la première section de réglage de quantité de chaleur d'échappement (retardant le calage d'allumage + ouvrant plus tard la soupape d'échappement) effectue le premier contrôle dans l'étape S15. Si la température d'eau de refroidissement Tw est détectée comme étant dans la deuxième plage de température, la troisième section de réglage de quantité de chaleur d'échappement (retardant le calage d'allumage) effectue le deuxième contrôle dans l'étape S16. Le troisième contrôle peut être ou ne pas être effectué dans ce cas. Enfin, dans l'étape S18, un processus d'augmentation de puissance du moteur est effectué par la section d'augmentation de puissance du moteur. Le processus d'augmentation de puissance du moteur est un processus pour augmenter la puissance du moteur qui a été diminuée à cause de l'exécution du contrôle de chaleur d'échappement en augmentant la quantité d'injection de carburant ou en augmentant la quantité d'air d'admission (ouverture de la soupape d'étranglement). La fonction de la section d'augmentation de puissance du moteur est mise en oeuvre par le microprocesseur de l'ECU 40 en exécutant un programme mémorisé dans sa mémoire ROM ou RAM.
Le premier mode de réalisation décrit ci-dessus offre les avantages suivants. Le premier mode de réalisation est configuré de manière que, quand la demande d'utilisation de chaleur telle que la demande de chauffage de l'habitacle ou la demande de chauffage du catalyseur s'est produite, au moins une de la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement est sélectionnée en fonction de la quantité de chaleur demandée pour effectuer le contrôle de chaleur d'échappement. En conséquence, selon ce mode de réalisation, il est possible d'effectuer le contrôle de chaleur d'échappement de manière optimale et de supprimer au minimum un désavantage tel que la diminution du rendement de fonctionnement du moteur.
La pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement fournit différentes quantités d'augmentation de la chaleur d'échappement. En conséquence, même quand la quantité de chaleur demandée varie, du fait qu'une section appropriée parmi la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement peut être sélectionnée en fonction de la valeur de quantité de chaleur demandée à chaque instant, il est possible de répondre de manière optimale à la demande d'utilisation de chaleur. Ce mode de réalisation est configuré de manière que la puissance du moteur soit augmentée pour compenser la diminution de la puissance du moteur due à l'exécution du contrôle de chaleur d'échappement. En conséquence, selon ce mode de réalisation, il est possible d'empêcher la dégradation de la capacité de conduite du véhicule durant une période de temps pendant laquelle le contrôle de chaleur d'échappement est effectué, du fait que l'énergie pour faire avancer le véhicule peut être maintenue durant cette période de temps.
Second mode de réalisation Ensuite, un second mode de réalisation de l'invention est décrit en se concentrant sur la différence avec le premier mode de réalisation. Le second mode de réalisation est configuré pour calculer un rendement de chaleur d'échappement ri représentant un rapport entre une quantité d'augmentation de la chaleur d'échappement (pouvant être indiquée ci-après simplement comme augmentation de quantité de chaleur ) et une quantité d'augmentation d'injection de carburant (pouvant être indiquée ci-après simplement comme augmentation de quantité de carburant ) quand le contrôle de chaleur d'échappement est effectué pour chacune de la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement, et sélectionne au moins une de la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement qui devrait fonctionner pour augmenter la quantité de chaleur d'échappement sur la base des rendements de chaleur d'échappement calculés r) en tant que paramètres de contrôle. Le rendement de chaleur d'échappement rl, qui peut être exprimé comme un pourcentage, est donné par l'équation = AQ[kW]/Aqf[kW], où AQ est l'augmentation de quantité de chaleur et Aqf est l'augmentation de quantité de carburant. L'augmentation de quantité de carburant AQ est une quantité de chaleur pouvant être créée par la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement qui effectue le contrôle de retard de calage d'allumage ou le contrôle de décalage de distribution de soupapes. Du fait que le rendement de chaleur d'échappement r) est une valeur représentant un rapport entre la quantité de chaleur réalisable et la quantité d'augmentation d'injection de carburant, le rendement de chaleur d'échappement ri peut être considéré comme un rendement thermique réalisable. Dans ce mode de réalisation, le rendement de chaleur d'échappement est calculé pour n (n étant un entier positif supérieur à 1) sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement en tant que 111 à 1ln, et les rendements de chaleur d'échappement calculés il à in sont classés dans l'ordre décroissant. Au moins un des rendements de chaleur il à in est sélectionné en fonction de la quantité de chaleur demandée de la demande d'utilisation de chaleur, en référence au résultat du classement. Plus en détail, la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement ayant le plus haut rendement de chaleur d'échappement est sélectionnée pour effectuer le contrôle de chaleur d'échappement. Les rendements de chaleur d'échappement il à in de la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement respective sont calculés en fonction de l'état de fonctionnement du moteur à chaque instant. De plus, l'augmentation de quantité de chaleur est calculée en fonction de l'état de fonctionnement du moteur à chaque instant pour la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement respective comme OQ1 à AQn. Ce mode de réalisation est également configuré pour calculer une quantité d'augmentation totale d'injection de carburant et effectue un contrôle de puissance du moteur sur la base de la quantité d'augmentation totale d'injection de carburant en tant que processus d'augmentation de puissance du moteur pour compenser la diminution de puissance du moteur due à l'exécution du contrôle de chaleur d'échappement. La figure 6 est un graphique représentant une relation entre la puissance du moteur [kW] et la quantité de chaleur d'échappement [kW]. Sur la figure 6, la ligne continue représente cette relation au plus haut point de rendement du carburant. Ici, il est supposé que la quantité de chaleur demandée de Qre s'est produite quand la puissance du moteur fonctionnant au plus haut point de rendement du carburant est A. Dans ce cas, comme représenté sur la figure 6, il manque une quantité de chaleur d'échappement de AQ. Pour compenser ce manque, le contrôle de chaleur d'échappement est effectué. Afin de répondre à la quantité de chaleur demandée de Qre, il est nécessaire de décaler le point de contrôle (point de fonctionnement du moteur) du plus haut point de rendement du carburant dans un sens dans lequel l'injection de carburant augmente (dans un sens dans lequel le rendement du carburant est diminué). Pour effectuer ce décalage, une sélection (commutation) parmi la pluralité des sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement est effectuée en fonction des rendements de chaleur d'échappement il à in. En outre, du fait que la puissance du moteur diminue quand la quantité de chaleur d'échappement est augmentée, le processus d'augmentation de puissance du moteur est effectué pour compenser la diminution de la puissance du moteur. La figure 7 est un schéma fonctionnel pour expliquer le contrôle de chaleur d'échappement effectué par l'appareil de contrôle de la chaleur d'échappement du second mode de réalisation. Une section de calcul de rendement de chaleur d'échappement Ml calcule les rendements de chaleur d'échappement r)1 à in pour la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement respective en fonction de l'état de fonctionnement du moteur à chaque instant en utilisant une pluralité de mappes de calcul de rendement prédisposées pour la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement respective. Les paramètres de contrôle représentant l'état de fonctionnement du moteur comprennent, par exemple, la vitesse de rotation du moteur NE et la charge du moteur telle que la pression du tuyau d'admission d'air ou le débit d'admission d'air. Il est également possible de calculer les rendements de chaleur d'échappement Ill à in par des opérations arithmétiques en utilisant des constantes fixées à l'avance pour la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement respective. Une section de calcul d'augmentation de quantité de chaleur M2 calcule les augmentations de quantité de chaleur AQ1 à AQn pour la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement respective en fonction de l'état de fonctionnement du moteur à chaque instant en utilisant une pluralité de mappes de calcul de quantité de chaleur prédisposées pour la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement respective. Il est également possible de calculer les augmentations de quantité de chaleur AQ1 à AQn par des opérations arithmétiques en utilisant des constantes fixées à l'avance pour la section de réglage de quantité de chaleur respective. Une section de sélection M3 classe les rendements de chaleur d'échappement il à in calculés par la section de calcul de rendement de chaleur d'échappement M1 dans l'ordre décroissant et sélectionne la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement ayant le rendement le plus haut comme celle qui doit actuellement effectuer le contrôle de chaleur d'échappement. Dans ce cas, du fait qu'il est également nécessaire de satisfaire la quantité de chaleur demandée à chaque instant, les augmentations de quantité de chaleur AQ1 à AQn calculées par la section de calcul d'augmentation de quantité de chaleur M2 doit également être prises en compte. En conséquence la section de sélection M3 sélectionne au moins une des sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement qui peut satisfaire la quantité de chaleur demandée et le meilleur ou un meilleur rendement de chaleur d'échappement comme celle qui doit effectuer actuellement le contrôle de chaleur d'échappement. Une section de calcul de rendement d'arbre moteur M4 calcule le rendement d'arbre moteur rit pour chacune des sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement sélectionnées par la section de sélection M3, en fonction de l'état de fonctionnement du moteur (NE ou la charge du moteur) à chaque instant, en utilisant une pluralité de mappes de calcul de rendement prédisposées pour la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement respective ou par des opérations arithmétiques. Dans ce mode de réalisation, à la fois le rendement d'arbre moteur itA avant que la quantité de chaleur d'échappement soit augmentée et le rendement d'arbre moteur ritB après la quantité de chaleur d'échappement a été augmentée.
Une section de calcul de quantité de correction de carburant M5 calcule l'augmentation de quantité de carburant Aqf pour chacune des sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement sélectionnées par la section de sélection M3 sur la base du rendement d'arbre moteur rit calculé par la section de calcul de rendement d'arbre moteur M4 et calcule une quantité totale de l'augmentation de quantité de carburant Aqf (EAgf) comme une quantité de correction de carburant Kf. L' augmentation de quantité de carburant Aqf peut être calculée par l'équation Aqf = (1 ù 1tB/1tA) + qfin, où qfin est la quantité d'injection de carburant après augmentation de la quantité de chaleur d'échappement. Dans ce cas, si le rendement d'arbre moteur (rendement du carburant) est abaissé après que la quantité de chaleur d'échappement est augmentée, la valeur de Aqf augmente avec la diminution de la valeur de r1tB. En conséquence, l'augmentation de quantité de carburant Aqf pour compenser la diminution de rendement du carburant est calculée. La quantité de correction de carburant Kf (EAgf) est une quantité d'augmentation d'injection de carburant pour compenser la diminution de puissance du moteur due à l'exécution du contrôle de chaleur d'échappement. Un processus de correction de couple est effectué comme processus d'augmentation de puissance en utilisant cette quantité de correction de carburant Kf.
Une section de correction de couple M6 émet une commande pour corriger l'ouverture du papillon et une commande pour corriger la quantité d'injection de carburant en fonction de la quantité de correction de carburant Kf calculée par la section de calcul de quantité de correction de carburant M5. A ce moment, une quantité de correction de l'air d'admission est calculée sur la base d'un rapport air-carburant cible et de la quantité de correction de carburant Kf et une valeur de commande d'ouverture du papillon est calculée sur la base de la quantité de correction calculée de l'air d'admission. De plus, une correction est effectuée sur la quantité d'injection de carburant avec la quantité de correction de carburant Kf.
Les fonctions des sections précitées M1 à M5 sont mises en oeuvre par le microprocesseur de l'ECU 40 en exécutant des programmes mémorisés dans sa mémoire ROM ou RAM. La figure 8 est un organigramme représentant le processus du contrôle de chaleur d'échappement effectué de manière répétitive à intervalles de temps prédéterminés par l'appareil de contrôle de la chaleur d'échappement du second mode de réalisation. Ce processus commence en déterminant si la demande d'utilisation de chaleur s'est produite ou non dans l'étape S21. Si le résultat de la détermination à l'étape S1 est affirmatif, le processus passe à l'étape S22 pour déterminer s'il est possible ou non de répondre à la quantité de chaleur demandée en maintenant la commande normale du moteur pour faire fonctionner le moteur au plus haut point de rendement du carburant. Si le résultat de la détermination à l'étape S22 est négatif, le processus passe à l'étape S23. Dans l'étape S23, les rendements de chaleur d'échappement il à in de la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement respective sont calculés en utilisant les mappes de calcul de rendement de la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement respective. Dans l'étape successive S24, les augmentations de quantité de chaleur AQ1 à AQn pour la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement respective sont calculés en utilisant les mappes de calcul de quantité de chaleur de la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement respective. Ensuite, dans l'étape S25, les rendements de chaleur d'échappement 111 à in calculés dans l'étape S23 sont classés dans l'ordre décroissant et la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement ayant le rendement le plus haut ou supérieur et pouvant répondre à la quantité de chaleur demandée à cet instant est sélectionnée comme celle qui doit effectuer actuellement le contrôle de chaleur d'échappement. Dans l'étape successive S26, le processus d'augmentation de puissance du moteur est effectué. Plus en détail, dans l'étape S26, la quantité d'augmentation totale d'injection de carburant EAgf pour la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement pour effectuer actuellement le contrôle de chaleur d'échappement est calculée et la quantité d'augmentation totale d'injection de carburant calculée EDgf est fixée comme la quantité de correction de carburant Kf. Ensuite, le processus d'augmentation de quantité d'air d'admission ou le processus d'augmentation de quantité d'injection de carburant est effectué. Selon le second mode de réalisation de l'invention, il est possible d'effectuer le contrôle de chaleur d'échappement en fonction de la demande d'utilisation de chaleur à chaque instant comme, pour le premier mode de réalisation, et en outre de réduire au minimum le désavantage tel que la diminution du rendement de fonctionnement du moteur due à l'exécution du contrôle de chaleur d'échappement. Le second mode de réalisation est configuré pour calculer les rendements de chaleur d'échappement r11 à in (un rapport entre une quantité d'augmentation de la chaleur d'échappement et une quantité d'augmentation d'injection de carburant) pour la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement respective et effectuer le contrôle de chaleur d'échappement en utilisant les rendements de chaleur d'échappement il à rin comme paramètres de contrôle. En outre, le second mode de réalisation est configuré pour sélectionner de préférence la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement ayant un rendement de chaleur d'échappement supérieur pour effectuer le contrôle de chaleur d'échappement. Ceci permet d'effectuer le contrôle de chaleur d'échappement, tout en surveillant le rendement du carburant de manière à supprimer au minimum la diminution du rendement du carburant. Les rendements de chaleur d'échappement rll à In de la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement respective sont calculés en fonction de l'état de fonctionnement du moteur et, par conséquent, il est possible d'effectuer le contrôle de chaleur d'échappement de manière plus optimale, tout en tenant compte du fait que les rendements de chaleur d'échappement il à in de la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement respective varient avec l'état de fonctionnement du moteur.
Autres modes de réalisation Il est évident que diverses modifications peuvent être apportées aux premier et second modes de réalisation ci-dessus comme décrit ci-dessous. Les modes de réalisation ci-dessus peuvent être modifiés de manière qu'une plage augmentable (plage dynamique) de la quantité de chaleur d'échappement du moteur 10 soit fixée à l'avance pour chacune de la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement et que la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement ayant la plus grande plage augmentable soit sélectionnée comme celle pour effectuer le contrôle de chaleur d'échappement. Par exemple, dans le premier mode de réalisation comprenant la première section de réglage de quantité de chaleur d'échappement (retardant le calage d'allumage + ouvrant plus tard la soupape d'échappement), la deuxième section de réglage de quantité de chaleur d'échappement (retardant le calage d'allumage + ouvrant plus tôt la soupape d'admission) et la troisième section de réglage de quantité de chaleur d'échappement (retardant le calage d'allumage), si la plage augmentable est plus grande dans l'ordre de la troisième à la première section de réglage de quantité de chaleur d'échappement 3, la troisième section de réglage de quantité de chaleur d'échappement est sélectionnée pour effectuer le contrôle de chaleur d'échappement. Dans ce cas, il est préférable de calculer la plage augmentable de la quantité de chaleur d'échappement pour chacune de la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement en fonction de l'état de fonctionnement du moteur.
Selon la configuration ci-dessus, du fait qu'il devient inutile de passer de la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement à une autre quand la variation de la quantité de chaleur demandée est relativement faible, la fréquence de commutation parmi la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement peut être réduite. Ceci permet de supprimer la variation de l'état de fonctionnement du moteur due à l'exécution de la commutation parmi la pluralité des sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement, qui entraîne une dégradation de la capacité de conduite.
Les modes de réalisation précités peuvent être configurés de manière que le nombre des sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement qui effectuent le contrôle de chaleur d'échappement au même moment soit augmenté avec l'augmentation de la quantité de chaleur demandée.
Selon cette configuration, quand la quantité de chaleur demandée est relativement faible, puisque le nombre des sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement qui effectuent le contrôle de chaleur d'échappement au même moment est réduit, l'interférence dans le contrôle parmi la pluralité des sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement effectuant le contrôle de chaleur d'échappement au même moment peut être supprimée. En outre, quand la quantité de chaleur demandée est relativement grande, du fait que le nombre des sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement qui effectuent le contrôle de chaleur d'échappement au même moment est grand, la grande demande de quantité de chaleur peut être facilement satisfaite.
La pluralité des sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement peut être telle qu'elle fasse varier différemment le rendement de fonctionnement du moteur 10. Dans ce cas, des cibles destinées à être contrôlées respectivement par la pluralité des sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement peuvent être les mêmes. Par exemple, quand leurs cibles de contrôle sont le calage d'allumage, une sélection est effectuée parmi une pluralité de mappes de calage d'allumage pour différents rendements de fonctionnement du moteur en fonction du contenu de la demande d'utilisation de chaleur ou de la quantité de chaleur demandée à chaque instant. Dans ce cas, quand une mappe de calage d'allumage pour diminuer plus le rendement de fonctionnement du moteur est sélectionnée, le calage d'allumage est encore plus retardé et la quantité de chaleur d'échappement est encore plus augmentée. De plus, selon ce mode de réalisation, il est possible d'effectuer le contrôle de chaleur d'échappement en fonction de la demande d'utilisation de chaleur à chaque instant, tout en supprimant au minimum le désavantage tel que la diminution du rendement de fonctionnement du moteur due à l'exécution du contrôle de chaleur d'échappement. La pluralité des sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement peut avoir des caractéristiques de réponse différentes par rapport à la variation de la quantité de chaleur d'échappement.
Les modes de réalisation précités peuvent être modifiés pour comprendre une section d'augmentation de perte de refroidissement pour augmenter la quantité de chaleur d'échappement principalement en augmentant la perte de refroidissement et une section d'augmentation de perte d'échappement pour augmenter la quantité de chaleur d'échappement principalement en augmentant la perte d'échappement et pour augmenter la quantité de chaleur d'échappement par l'une de la section d'augmentation de perte de refroidissement et de la section d'augmentation de perte d'échappement sélectionnée en fonction d'au moins un des contenus de la demande d'utilisation de chaleur et de la quantité de chaleur demandée. La section d'augmentation de perte de refroidissement peut être une section pour augmenter la température dans le cylindre (température de combustion) en réglant la quantité de gaz EGR ou en retardant le calage d'allumage en maintenant le couple, ou une section pour prolonger la période durant laquelle le gaz de combustion à haute température reste dans le cylindre en retardant la synchronisation d'ouverture de la soupape d'échappement. La section d'augmentation de perte d'échappement peut être une section pour brûler le gaz d'échappement dans le tuyau d'échappement en retardant encore plus le calage d'allumage ou en ouvrant plus tôt la soupape d'échappement. A part ce qui précède, la section d'augmentation de perte d'échappement peut être une section pour ralentir la vitesse de combustion en augmentant la quantité de EGR interne ou la quantité de EGR externe par le dispositif EGR. Généralement, il est avantageux d'utiliser l'énergie thermique par la perte de refroidissement pour répondre à la demande de chauffage de l'habitacle et d'utiliser l'énergie thermique par la perte d'échappement pour répondre à la demande de chauffage du catalyseur. En conséquence, cette modification est configurée de manière que, quand la demande de chauffage de l'habitacle s'est produite, la quantité de chaleur d'échappement soit augmentée en utilisant la section d'augmentation de perte de refroidissement, et, quand la demande de chauffage du catalyseur s'est produite, la quantité de chaleur d'échappement soit augmentée en utilisant la section d'augmentation de perte d'échappement. Dans le second mode de réalisation, les paramètres de contrôle peuvent comprendre, en plus des rendements de chaleur d'échappement Il à rr de la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement respective, des plages augmentables (plages dynamiques) de la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement respective, de manière que la quantité de chaleur d'échappement puisse être augmentée en fonction des rendements de chaleur d'échappement il à in ou des plages augmentables. Cette configuration permet d'effectuer le contrôle de chaleur d'échappement tout en supprimant la diminution de la consommation de carburant à un minimum et de répondre également à une grande valeur de la quantité de chaleur demandée. Le processus du contrôle de chaleur d'échappement dans le second mode de réalisation peut être changé en celui représenté sur la figure 9. Sur la figure 9, les étapes identiques à celles de la figure 8 sont munies des mêmes numéros d'étape et leurs explications sont omises ou abrégées. Le processus de la figure 9 comprend des étapes additionnelles S31 et S32. Dans le processus de la figure 9, quand intervient la demande d'utilisation de chaleur ( OUI dans l'étape S21) et la quantité de chaleur demandée ne peut pas être satisfaite ( NON dans l'étape S22), le processus passe à l'étape S31 pour déterminer si la quantité de chaleur d'échappement a été ou non déjà augmentée. Il est préférable de déterminer à cet instant si une période de temps prédéterminée a expiré ou non depuis l'instant du début de l'augmentation de la quantité de chaleur d'échappement. Si le résultat de la détermination dans l'étape S31 est négatif (si la période de temps prédéterminée n'a pas encore expiré), le processus passe à l'étape S23. Dans l'étape S23 et dans les étapes suivantes S24 et S25 sont effectués le calcul des rendements de chaleur d'échappement tg à le calcul des augmentations de quantité de chaleur AQ1 à AQn, la sélection parmi la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement en fonction des rendements de chaleur calculés ri 1 à r)n. D'autre part, si le résultat de la détermination dans l'étape S31 est affirmatif (si la période de temps prédéterminée est expirée), du fait que cela signifie que la quantité de chaleur demandée ne pourrait pas être satisfaite, le processus passe à l'étape S32 pour changer le contenu du contrôle de chaleur d'échappement. Dans ce cas, s'il est possible d'augmenter ultérieurement la quantité de chaleur d'échappement par la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement actuellement en service, cette même section de réglage de quantité de chaleur d'échappement est utilisée, et sinon une autre section de réglage de quantité de chaleur d'échappement est utilisée à sa place ou ajoutée. Selon le processus représenté sur la figure 9, il est possible d'effectuer le contrôle de chaleur d'échappement, tout en surveillant si la quantité de chaleur 5 demandée a été satisfaite. Dans le second mode de réalisation, il peut se produire un cas dans lequel la quantité d'injection de carburant est diminuée au moment de l'augmentation de la quantité de chaleur d'échappement. Dans ce cas, le rendement de chaleur d'échappement Il est calculé par l'équation Il = AQ[kW]/Agf[kW], où AQ est 10 l'augmentation de quantité de chaleur et Aqf est une quantité de diminution de l'injection de carburant. Il est préférable que le contrôle de chaleur d'échappement soit effectué sur la base du rendement de chaleur d'échappement 1, tout en supprimant la diminution du rendement du carburant à un minimum, également dans un tel cas. 15 Dans les modes de réalisation ci-dessus, chaque section de réglage de quantité de chaleur d'échappement a la fonction de retarder le calage d'allumage, d'ouvrir plus tôt la soupape d'admission ou d'ouvrir plus tard la soupape d'échappement de manière à augmenter la quantité de chaleur d'échappement. Toutefois, la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement peut avoir une fonction différente de 20 l'augmentation de la quantité de chaleur d'échappement. Par exemple, la quantité de chaleur d'échappement peut être augmentée en avançant excessivement le calage d'allumage dans une zone avec une marge suffisante au cliquetis du moteur, ou en réglant la quantité de EGR externe par le dispositif EGR, ou en contrôlant le débit d'eau de refroidissement en utilisant une pompe à eau électrique, ou en contrôlant le 25 débit d'air d'admission. Pour contrôler le débit d'air d'admission, le degré d'ouverture d'une vanne de commande à tourbillon transversal (TCV ù qui signifie en anglais tumble control valve ) ou d'une vanne de commande à tourbillon longitudinal (SCV ù qui signifie en anglais swirl control valve)) montée sur le conduit d'admission peut être contrôlé. 30 En plus de ce qui précède, la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement peut avoir une fonction pour effectuer une commande de décalage d'une transmission pour augmenter la quantité de chaleur d'échappement.
La présente invention peut également être appliquée à un système de moteur pour contrôler un moteur diesel. Dans ce cas, chaque section de réglage de quantité de chaleur d'échappement comprend une parmi une fonction pour contrôler la distribution d'ouverture/fermeture de soupape (ouverture retardée ou ouverture anticipée) de la soupape d'échappement, une fonction pour contrôler la distribution d'ouverture/fermeture de soupape (ouverture retardée ou ouverture anticipée) de la soupape d'admission, une fonction pour introduire le EGR externe, une fonction pour contrôler la pression de charge d'un turbocompresseur, et une fonction pour contrôler le débit de l'eau de refroidissement du refroidisseur intermédiaire.
La demande d'utilisation de chaleur peut comprendre, à part la demande de chauffage de l'habitacle et la demande de chauffage du catalyseur, une demande pour augmenter la température d'un composant monté sur le véhicule tel qu'une batterie de véhicule. Par exemple, quand une batterie haute tension est montée sur un véhicule comme source d'énergie pour un moteur faisant marcher le véhicule, la demande d'utilisation de chaleur peut être une demande de chauffage de batterie pour maintenir la batterie haute tension à une température prédéterminée de manière que la batterie haute tension puisse délivrer une puissance électrique de manière stable. Dans ce cas, quand le véhicule roule à une basse température d'air extérieure, ou quand le véhicule roule durant la nuit ou durant la saison hivernale, une demande pour augmenter la température de la batterie se produit comme la demande d'utilisation de chaleur, et le contrôle de chaleur d'échappement est effectué en utilisant au moins une de la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement pour répondre à cette demande. Les modes de réalisation préférés expliqués ci-dessus sont illustratifs de l'invention de la présente demande. Il doit être entendu que divers autres modes de réalisation et divers changements et modifications sur le ou les modes de réalisation décrits ressortiront pour l'homme du métier. Tous ces autres modes de réalisation, changements et modifications sont considérés comme entrant dans le cadre de l'invention telle que revendiquée.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Appareil de contrôle de la chaleur d' échappement destiné à être utilisé dans un système de récupération de chaleur pour récupérer et réutiliser la chaleur d'échappement d'un moteur (10), comprenant : une pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement activées pour augmenter une quantité de la chaleur d'échappement du moteur ; et une section de commande qui effectue le contrôle de chaleur d'échappement en fonction d'une demande d'utilisation de chaleur pour augmenter la quantité de la chaleur d'échappement du moteur en activant au moins une de la pluralité de sections réglage de quantité de chaleur d'échappement.
  2. 2. Appareil de contrôle de la chaleur d'échappement selon la revendication 1, dans lequel une quantité d'augmentation de la chaleur d'échappement obtenue en effectuant le contrôle de la chaleur d'échappement est différente pour la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement et la section de commande sélectionne au moins une des sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement en fonction d'une quantité de chaleur demandée déterminée dans la demande d'utilisation de chaleur comme la section à activer.
  3. 3. Appareil de contrôle de la chaleur d'échappement selon la revendication 1, dans lequel une plage augmentable de la chaleur d'échappement obtenue en effectuant le contrôle de la chaleur d'échappement est différente pour la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement et la section de commande sélectionne plus préférentiellement la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement ayant une valeur supérieure de la plage augmentable comme la section à activer.
  4. 4. Appareil de contrôle de la chaleur d'échappement selon la revendication 1, dans lequel le nombre de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement sélectionnées par la section de commande augmente avec l'augmentation de la quantité de chaleur demandée.30
  5. 5. Appareil de contrôle de la chaleur d'échappement selon la revendication 1, dans lequel chacune de la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement comprend une d'une première fonction pour augmenter une perte de refroidissement du moteur (10) pour augmenter la quantité de chaleur d'échappement et d'une deuxième fonction pour augmenter une perte d'échappement du moteur (10) pour augmenter la quantité de chaleur d'échappement, et la section de commande détermine laquelle des première et deuxième fonctions doit être utilisée pour augmenter la quantité de chaleur d'échappement en fonction d'au moins un des contenus de la demande d'utilisation de chaleur et de la quantité de chaleur demandée.
  6. 6. Appareil de contrôle de la chaleur d'échappement selon la revendication 1, dans lequel la section de commande sélectionne au moins une de la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement utilisées pour effectuer le contrôle de quantité de chaleur d'échappement sur la base des rendements de chaleur d'échappement de la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement, le rendement de chaleur d'échappement représentant un rapport entre une quantité d'augmentation de la chaleur d'échappement et une quantité d'augmentation d'injection de carburant quand le contrôle de chaleur d'échappement est effectué.
  7. 7. Appareil de contrôle de la chaleur d'échappement selon la revendication 6, dans lequel la section de commande calcule le rendement de chaleur d'échappement de chacune de la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement et sélectionne plus préférentiellement la section de réglage de quantité de chaleur d'échappement ayant une valeur supérieure de rendement de chaleur d'échappement comme la section à activer.
  8. 8. Appareil de contrôle de la chaleur d'échappement selon la revendication 6, dans 30 lequel la section de commande calcule les rendements de chaleur d'échappement en fonction d'un état de fonctionnement du moteur (10).
  9. 9. Appareil de contrôle de la chaleur d'échappement selon la revendication 6, dans lequel une plage augmentable de la chaleur d'échappement obtenue en effectuant le contrôle de chaleur d'échappement est différente pour la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement et la section de commande sélectionne au moins une des sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement sur la base des rendements de chaleur d'échappement de la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement et des plages augmentables de la chaleur d'échappement de la pluralité de sections de réglage de quantité de chaleur d'échappement. 10
  10. 10. Appareil de contrôle de la chaleur d'échappement selon la revendication 1, comprenant en outre une section d'augmentation de puissance qui exécute un processus d'augmentation de puissance du moteur (S18) pour augmenter une puissance du moteur (10) pour compenser une diminution de la puissance du moteur 15 due à l'exécution du contrôle de chaleur d'échappement.
  11. 11. Appareil de contrôle de la chaleur d'échappement selon la revendication 10, dans lequel la section d'augmentation de puissance calcule une quantité d'augmentation totale d'injection de carburant nécessaire pour effectuer le contrôle de chaleur 20 d'échappement et exécute le processus d'augmentation de puissance du moteur sur la base de la quantité d'augmentation totale d'injection de carburant.
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