FR2990996A1 - Moteur a combustion interne muni d'un systeme de recirculation des gaz d'echappement (egr) et procede de commande de la recirculation des gaz associe - Google Patents

Moteur a combustion interne muni d'un systeme de recirculation des gaz d'echappement (egr) et procede de commande de la recirculation des gaz associe Download PDF

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Abstract

L'invention porte sur un moteur (1) à combustion interne comportant un collecteur (8) d'admission d'air, un collecteur (17) d'échappement, une pluralité de cylindres (2.1-2.4) ayant chacun une chambre (5.1-5.4) de combustion, et un conduit (22) de recirculation apte à réinjecter la totalité des gaz d'échappement issus de la chambre (5.4) de combustion d'au moins un des cylindres (2.4), dit cylindre dédié à l'EGR, à l'intérieur du collecteur (8) d'admission d'air. Conformément à l'invention, le moteur (1) comporte en outre un système de commande (40, 41) configuré pour inhiber temporairement la combustion à l'intérieur de la chambre (5.4) de combustion du cylindre (2.4) dédié à l'EGR. L'invention porte également sur le procédé de commande de la recirculation des gaz associé.

Description

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE MUNI D'UN SYSTEME DE RECIRCULATION DES GAZ D'ECHAPPEMENT (EGR) ET PROCEDE DE COMMANDE DE LA RECIRCULATION DES GAZ ASSOCIE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION pool L'invention porte sur un moteur à combustion interne muni d'un système de recirculation des gaz, ainsi que sur le procédé de commande de la recirculation des gaz dans un tel moteur. ETAT DE LA TECHNIQUE [0002] Dans un moteur à combustion interne, les quatre temps du cycle thermodynamique - admission de gaz combustible et d'air, compression du mélange gazeux, détente due à l'explosion du mélange, échappement - se déroulent successivement dans des enceintes des cylindres du moteur thermique, dites chambres de combustion. Les gaz introduits dans ces chambres de combustion sont constitués d'une part d'air et d'autre part d'essence ou de gasoil, selon des proportions dosées de manière adéquate suivant les moteurs et les systèmes d'allumage utilisés. Le mélange gazeux est alors enflammé dans la chambre de combustion. [0003] Les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne équipant la plupart des véhicules automobiles contiennent un certain nombre de polluants dont il est souhaitable de réduire les rejets dans l'atmosphère (notamment des oxydes d'azote, du monoxyde de carbone, des hydrocarbures imbrûlés, des particules et du dioxyde de carbone). Les réglementations applicables en matière de pollution par des véhicules automobiles abaissent régulièrement les plafonds de rejets acceptables. [0004] Une grande partie des polluants générés par un moteur à combustion interne est due à une combustion incomplète du carburant. Pour réduire les rejets polluants pénétrant dans la ligne d'échappement, il est connu de faire recirculer les gaz d'échappement vers l'admission d'air de la chambre de combustion. Un tel système est connu sous l'acronyme anglo-saxon de EGR pour « Exhaust Gas Recirculation ». [0005] Certains systèmes connus, tels que le système décrit dans le document US2009/0308070, comportent un conduit de recirculation apte à réinjecter la totalité des gaz d'échappement issus de la chambre de combustion d'un des cylindres, appelé cylindre dédié à l'EGR, à l'intérieur du collecteur d'admission du moteur. [0006] Une telle architecture permet d'avoir naturellement et de manière continue une forte recirculation des gaz d'échappement. Pour un moteur ayant un cylindre dédié à l'EGR, le taux de recirculation des gaz d'échappement augmente en même temps que diminue le nombre de cylindres. Ainsi, le taux de recirculation est de 10 25% pour un moteur à quatre cylindres et de 33% pour un moteur à trois cylindres. [0007] Une des conséquences de la mise en oeuvre d'un système EGR est que le mélange admis dans les chambres de combustion est appauvri en oxygène, ce qui peut perturber le démarrage du moteur en cas de très basses températures, par exemple inférieures ou égales à moins 20 degrés Celsius. 15 OBJET DE L'INVENTION mos] L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient. [0009] A cet effet, l'invention propose d'inhiber sous certaines conditions la combustion à l'intérieur de la chambre de combustion du cylindre dédié à l'EGR lors du démarrage. Ainsi, l'air issu du collecteur d'admission entre dans le cylindre 20 dédié à l'EGR puis ressort pour retourner à l'admission via le conduit de recirculation. On augmente ainsi le taux d'oxygène à l'admission, ce qui facilite le démarrage du moteur à très basses températures. polo] L'invention concerne donc un moteur à combustion interne comportant: - un collecteur d'admission d'air, 25 - un collecteur d'échappement, - une pluralité de cylindres ayant chacun une chambre de combustion, et - un conduit de recirculation apte à réinjecter la totalité des gaz d'échappement issus de la chambre de combustion d'au moins un des cylindres, dit cylindre dédié à l'EGR, à l'intérieur du collecteur d'admission d'air, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un système de commande configuré pour inhiber temporairement la combustion à l'intérieur de la chambre de combustion du cylindre dédié à l'EGR. [0011] Selon une réalisation, le système de commande est configuré pour inhiber la combustion dans la chambre de combustion du cylindre dédié à l'EGR lorsqu'une température du moteur à combustion interne est inférieure à une température seuil. [0012] Selon une réalisation, la température seuil est inférieure ou égale à moins 10 degrés, de préférence égale à moins 20 degrés. [0013] Selon une réalisation, le système de commande est configuré pour assurer un blocage d'une injection de carburant au niveau du cylindre dédié à l'EGR. [0014] Selon une réalisation, le système de commande est configuré pour assurer un blocage de l'allumage d'une bougie associée au cylindre dédié à l'EGR. [0015] L'invention concerne en outre un procédé de commande de la recirculation des gaz dans un moteur à combustion interne comportant: - un collecteur d'admission d'air, - un collecteur d'échappement, - une pluralité de cylindres ayant chacun une chambre de combustion, et - un conduit de recirculation apte à réinjecter la totalité des gaz d'échappement issus de la chambre de combustion d'au moins un des cylindres, dit cylindre dédié à l'EGR, à l'intérieur du collecteur d'admission d'air, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - mesurer de la température du moteur à combustion interne, - comparer la température mesurée avec une valeur de température seuil, et - inhiber la combustion à l'intérieur de la chambre de combustion associée au cylindre dédié à l'EGR dans le cas où la température mesurée du moteur à combustion interne est inférieure à la valeur de la température seuil. [0016] La mesure de la température du moteur peut être réalisée spécifiquement dans le cadre du procédé selon l'invention ou pour toute autre fonction préexistante : on remploi alors la mesure de température préexistante. [0017] Selon une mise en oeuvre, pour inhiber la combustion à l'intérieur de la chambre de combustion du cylindre dédié à l'EGR, le procédé comporte l'étape de bloquer l'injection de carburant au niveau dudit cylindre dédié à l'EGR. [0018] Selon une mise en oeuvre, pour inhiber la combustion à l'intérieur de la chambre de combustion du cylindre dédié à l'EGR, le procédé comporte l'étape de bloquer l'allumage d'une bougie dudit cylindre dédié à l'EGR. [0019] Selon une mise en oeuvre, on arrête d'inhiber la combustion dans la chambre de combustion du cylindre dédié à l'EGR lorsque la température du moteur à combustion interne devient supérieure à la température seuil. [0020] Selon une mise en oeuvre, la température du moteur à combustion interne est déterminée à partir de la mesure de la température de l'eau et/ou de l'huile circulant dans un circuit annexe au moteur.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0021] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0022] La figure 1 montre une représentation schématique d'un moteur à combustion interne selon l'invention muni d'un système de recirculation des gaz d'échappement ; [0023] La figure 2 montre un diagramme des étapes principales du procédé de commande de la recirculation des gaz d'échappement selon l'invention. [0024] Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION [0025] La figure 1 montre un moteur 1 à combustion interne à quatre cylindres 2.1-2.4 turbocompressé. Le moteur 1 comprend un bloc moteur 3 dans lequel sont ménagés des chambres 5.1-5.4 de combustion des cylindres 2.1-2.4. [0026] Un collecteur 8 d'admission reçoit de l'air à introduire dans les chambres 5.1-5.4 de combustion. L'air d'admission est aspiré depuis l'extérieur du véhicule, par l'intermédiaire d'un filtre à air (non représenté). Le sens de déplacement de l'air d'admission est symbolisé par les flèches 11. Une vanne 12 assure la gestion du débit d'air introduit dans les chambres 5.1-5.4 de combustion en fonction des conditions de fonctionnement du moteur 1. [0027] Une injection de carburant à l'intérieur les chambres 5.1-5.4 de combustion est effectuée au moyen d'injecteurs référencés 14.1-14.4. En outre, dans le cas d'un moteur à essence, des bougies 16.1-16.4 permettent d'enflammer le mélange gazeux d'air et de carburant à l'intérieur des chambres 5.1-5.4 de combustion. [0028] Par ailleurs, un collecteur 17 d'échappement reçoit les émissions de gaz produites par la combustion et les dirige vers un catalyseur d'échappement 19 adapté à traiter les fumées avant leur expulsion vers l'atmosphère extérieure de 20 façon connue en soi. Le sens de circulation des gaz d'échappement est représenté par les flèches 20. [0029] Les cylindres 2.1-2.3, qui fonctionnent de manière classique, présentent chacun une entrée (associée à une soupape d'entrée) en relation avec le collecteur 8 d'admission et une sortie (associée à une soupape de sortie) en 25 relation avec le collecteur 17 d'échappement. Le cylindre 2.4, dit cylindre dédié à l'EGR, présente une entrée reliée au collecteur 8 d'admission et une sortie reliée également au collecteur 8 d'admission par l'intermédiaire d'un conduit 22 de recirculation des gaz. Le conduit 22 assure ainsi la réinjection de la totalité des gaz d'échappements issus de la chambre 5.4 de combustion du cylindre 2.4 dédié à 30 l'EGR à l'intérieur du collecteur 8 d'admission d'air. Le sens de circulation des gaz dans le conduit 22 est indiqué par les flèches 24. [0030] Le moteur 1 comporte en outre un turbocompresseur 23 comprenant un étage 25 de compression et un étage 26 de détente. L'étage 25 de compression comprime l'air d'admission afin d'optimiser le remplissage des chambres 5.1-5.4 de combustion. L'écoulement des gaz d'échappement entraîne en rotation une turbine de l'étage 26 de détente qui entraîne alors en rotation une turbine de l'étage 25 de compression par l'intermédiaire d'un arbre 29 d'accouplement reliant les deux turbines entre elles. L'écoulement des gaz d'échappement permet ainsi de réaliser une compression des gaz au niveau de l'admission. [0031] Un premier 31 et un second 32 échangeurs thermiques sont destinés à refroidir, respectivement, l'air entrant dans le collecteur 8 d'admission et les gaz circulant dans le conduit 22 afin d'éviter d'introduire des gaz trop chauds dans les chambres 5.1-5.4 de combustion, ce qui entraînerait une perte de rendement volumétrique. [0032] De préférence, un deuxième catalyseur 33 d'échappement est installé sur le chemin du conduit 22 de recirculation afin d'effectuer le traitement des gaz d'échappement issus du cylindre 2.4 dédié à l'EGR avant leur réinjection dans le collecteur 8 d'admission d'air. [0033] Le moteur 1 comporte également des capteurs 35 et 36 permettant de déterminer la température d'un liquide d'un circuit annexe du moteur, à savoir un circuit d'eau du moteur ou un circuit d'huile du moteur. Le véhicule comporte également un capteur 37 de mesure de la température extérieure. Ces capteurs 35-37 sont en relation avec un calculateur 40, dit calculateur de commande moteur, connecté à une mémoire 41 contenant des instructions pour gérer la commande des différents éléments de l'architecture du moteur. Ce calculateur 40 assure ainsi notamment la commande des injecteurs 14.1-14.4 et le cas échéant (pour les moteurs à essence) des bougies 16.1-16.4 d'allumage indépendamment les uns des autres. Le calculateur 40 et la mémoire 41 forment le système de commande du moteur 1. [0034] On décrit ci-après, en référence avec la figure 2, les différentes étapes du procédé de commande de la recirculation des gaz d'échappement mis en oeuvre par le moteur 1 selon l'invention. [0035] Dans une première étape 101, le calculateur 40 détermine la température TM du moteur 1. Cette température TM peut être déterminée au moyen d'un ou des deux capteurs 35, 36 de mesure de la température de l'eau ou de l'huile circulant dans un des circuits annexes du moteur. Au moment du démarrage du moteur thermique et sous réserve que le véhicule soit resté suffisamment de temps à l'arrêt, il est même possible d'utiliser directement la valeur retournée par le capteur 37 de mesure de la température extérieure car dans ce cas, tous les éléments du véhicule ont une température a priori sensiblement égale à la température extérieure de l'environnement du véhicule. [0036] Dans une étape 102, le calculateur 40 compare ensuite la température mesurée TM avec une température seuil TS en dessous de laquelle un fonctionnement du moteur 1 suivant un mode EGR classique risquerait de perturber le démarrage du moteur. Dans un exemple, cette température seuil est inférieure à moins 10 degrés et de préférence égale à moins 20 degrés. [0037] Dans le cas où la température mesurée TM est supérieure à la température seuil TS, alors le calculateur 40 commande, dans une étape 103, le moteur 1 suivant un mode de fonctionnement EGR classique. Les conditions d'injection de carburant, d'apport d'air et d'allumage sont alors identiques pour tous les cylindres 2.1-2.4 du moteur. Les gaz d'échappement issus du cylindre 2.4 dédiés à l'EGR sont alors réinjectés dans le collecteur 8 d'admission via le conduit 22 de recirculation. [0038] En revanche, lorsque le calculateur 40 détecte que la température mesurée TM est inférieure à la température seuil TS, le calculateur 40 inhibe, dans une étape 104, la combustion à l'intérieur de la chambre 5.4 de combustion du cylindre 2.4 dédié à l'EGR. Les autres cylindres 2.1-2.3 qui ne sont pas dédiés à l'EGR sont commandés de manière classique. L'air introduit dans la chambre 5.4 de combustion du cylindre 2.4 dédié à l'EGR est ainsi réinjecté tel quel dans le collecteur 8 d'air via le conduit 22 de recirculation. Ce phénomène de réinjection de l'air s'explique par le fait que les soupapes des cylindres 2.1-2.4 sont commandées par un arbre à cames dont le profil est le même quel que soit le cylindre considéré.
Cela permet d'augmenter le taux d'oxygène dans le mélange air-carburant afin de faciliter le démarrage du moteur 1 à très basses températures. [0039] A cet effet, le calculateur 40 bloque, dans une étape 105, l'injection de carburant dans le cylindre 2.4 dédié à l'EGR par une commande adaptée de l'injecteur 14.4 correspondant. De préférence, mais ce n'est pas obligatoire, le calculateur 40 bloque également, dans une étape 106, l'allumage de la bougie 16.4 du cylindre 2.4 dédié à l'EGR dans le cas d'un moteur à essence. [0040] Dès que le calculateur 40 détecte que, après une certaine durée de fonctionnement, la température TM du moteur dépasse la température seuil TS, le calculateur 40 commande le moteur 1 dans le mode de fonctionnement classique EGR. Ainsi, le système de commande du moteur 1 permet d'inhiber temporairement la combustion à l'intérieur de la chambre 5.4 de combustion du cylindre 2.4 dédié à l'EGR, pendant la période durant laquelle la température du moteur 1 est inférieure à la température seuil TS. [0041] L'homme du métier pourra bien entendu modifier l'architecture présentée dans les figures sans sortir du cadre de l'invention décrite ci-dessus. Il pourra ainsi modifier le nombre de cylindres 2.1-2.4 du moteur ainsi que le nombre de cylindres dédiés à l'EGR. L'homme du métier pourra également envisager tout autre système permettant d'inhiber efficacement la combustion dans le cylindre 2.4 dédié à l'EGR en cas de basses températures. En variante également, la combustion au niveau du cylindre 2.4 dédié à l'EGR est inhibée lorsque le moteur 1 présente d'autres conditions de fonctionnement qu'un fonctionnement à basses températures dans lesquelles une augmentation du taux d'oxygène à l'admission est nécessaire.25

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Moteur (1) à combustion interne comportant: - un collecteur (8) d'admission d'air, - un collecteur (17) d'échappement, - une pluralité de cylindres (2.1-2.4) ayant chacun une chambre (5.1-5.4) de combustion, et - un conduit (22) de recirculation apte à réinjecter la totalité des gaz d'échappement issus de la chambre (5.4) de combustion d'au moins un des cylindres (2.4), dit cylindre dédié à l'EGR, à l'intérieur du collecteur (8) d'admission d'air, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un système de commande (40, 41) configuré pour inhiber temporairement la combustion à l'intérieur de la chambre (5.4) de combustion du cylindre (2.4) dédié à l'EGR.
  2. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de commande (40, 41) est configuré pour inhiber la combustion dans la chambre (5.4) de combustion du cylindre (2.4) dédié à l'EGR lorsqu'une température (TM) du moteur à combustion interne est inférieure à une température seuil (TS).
  3. 3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la température seuil (TS) est inférieure ou égale à moins 10 degrés, de préférence égale à moins 20 degrés.
  4. 4. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le système de commande (40, 41) est configuré pour assurer un blocage d'une injection de carburant au niveau du cylindre (2.4) dédié à l'EGR.
  5. 5. Moteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système de commande (40, 41) est configuré pour assurer un blocage de l'allumage d'une bougie (16.4) associée au cylindre (2.4) dédié à l'EGR.
  6. 6. Procédé de commande de la recirculation des gaz dans un moteur (1) à combustion interne comportant: - un collecteur (8) d'admission d'air, - un collecteur (17) d'échappement, - une pluralité de cylindres (2.1-2.4) ayant chacun une chambre (5.1-5.4) de combustion, et - un conduit (22) de recirculation apte à réinjecter la totalité des gaz d'échappement issus de la chambre (5.4) de combustion d'au moins un des cylindres (2.4), dit cylindre dédié à l'EGR, à l'intérieur du collecteur (8) d'admission d'air, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - mesurer de la température (TM) du moteur à combustion interne, - comparer la température mesurée (TM) avec une valeur de température seuil (TS), et - inhiber la combustion à l'intérieur de la chambre (5.4) de combustion associée au cylindre (2.4) dédié à l'EGR dans le cas où la température mesurée (TM) du moteur à combustion interne est inférieure à la valeur de la température seuil (TS).
  7. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, pour inhiber la combustion à l'intérieur de la chambre (5.4) de combustion du cylindre (2.4) dédié à l'EGR, il comporte l'étape de bloquer l'injection de carburant au niveau dudit cylindre (2.4) dédié à l'EGR.
  8. 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que, pour inhiber la combustion à l'intérieur de la chambre (5.4) de combustion du cylindre (2.4) dédié à l'EGR, il comporte l'étape de bloquer l'allumage d'une bougie (16.4) dudit cylindre (2.4) dédié à l'EGR.
  9. 9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'on arrête d'inhiber la combustion dans la chambre (5.4) de combustion du cylindre (2.4)dédié à l'EGR lorsque la température (TM) du moteur à combustion interne devient supérieure à la température seuil (TS).
  10. 10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la température (TM) du moteur à combustion interne est déterminée à partir de la mesure de la température de l'eau et/ou de l'huile circulant dans un circuit annexe au moteur.
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