FR3072418A1 - METHOD FOR CONTROLLING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH COMMON IGNITION, IN THE UNLIMITED STATE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de contrÎle d'un moteur à allumage commandé, équipé d'un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à l'admission du moteur. Le moteur peut être atmosphérique ou suralimenté. Selon l'invention, lorsque le moteur fonctionne à l'état non allumé, en l'absence d'injection de carburant et d'allumage des bougies, et qu'un boîtier-papillon de réglage de la quantité d'air admise dans le moteur est ouvert pour limiter les pertes par pompage, on ajuste en outre la position d'une vanne de maniÚre à augmenter la recirculation des gaz issus du moteur à l'admission. On réduit ainsi l'apport d'oxygÚne à un catalyseur de dépollution du moteur, de sorte qu'au redémarrage du moteur, on limite les émissions d'oxydes d'azote.The invention relates to a method of controlling a spark-ignition engine equipped with a partial recirculation circuit of the exhaust gas at the engine intake. The engine can be atmospheric or supercharged. According to the invention, when the engine is running in the unlit state, in the absence of fuel injection and ignition of the spark plugs, and a throttle-throttle body of the the amount of air admitted into the engine is open to limit pumping losses, the position of a valve is further adjusted so as to increase the recirculation of the gases from the engine at the intake. This reduces the supply of oxygen to a catalyst for engine pollution, so that the restart of the engine, it limits emissions of nitrogen oxides.
Description
PROCEDE DE CONTROLE D’UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A ALLUMAGE COMMANDE, A L’ETAT NON ALLUMEMETHOD FOR CONTROLLING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH CONTROLLED IGNITION, IN THE UNIT LIT
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTIONTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
L’invention concerne un procédé de contrôle d’un moteur à combustion interne, du type à allumage commandé, lorsque celui-ci fonctionne à l’état non allumé. Il trouve une application avantageuse sur les véhicules automobiles hybrides, dans lesquels le moteur à combustion interne (moteur thermique) est associé à une machine électrique, dans les conditions de fonctionnement où la totalité du couple nécessaire à l’entraînement du véhicule est fourni par la machine électrique, et plus généralement pour tout véhicule automobile équipé d’au moins un moteur thermique, dans les conditions de fonctionnement où le conducteur relâche la pédale d’accélérateur du véhicule.The invention relates to a method for controlling an internal combustion engine, of the spark-ignition type, when it is operating in the unlit state. It finds an advantageous application on hybrid motor vehicles, in which the internal combustion engine (internal combustion engine) is associated with an electric machine, under operating conditions where the entire torque necessary for driving the vehicle is provided by the electric machine, and more generally for any motor vehicle fitted with at least one heat engine, under operating conditions where the driver releases the vehicle's accelerator pedal.
ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
Dans le cadre de la réduction des émissions polluantes liées au fonctionnement des moteurs thermiques des véhicules automobiles, les normes légales (par exemple la norme européenne « euro6 ») ont amené les constructeurs à intégrer dans la ligne d’échappement de ces moteurs plusieurs sortes de dispositifs catalytiques de dépollution des gaz de combustion desdits moteurs.As part of the reduction of polluting emissions linked to the operation of thermal engines of motor vehicles, legal standards (for example the European standard "euro6") have led manufacturers to integrate into the exhaust line of these engines several kinds of catalytic devices for depolluting the combustion gases of said engines.
On connaît plus particulièrement les catalyseurs trois voies des moteurs à allumage commandé (du type fonctionnant notamment à l’essence) qui permettent d’oxyder les hydrocarbures imbrûlés (HC) et le monoxyde de carbone (CO), et de réduire les oxydes d’azote (NOX) émis par le moteur.More particularly known are the three-way catalysts of spark-ignition engines (of the type operating in particular with petrol) which make it possible to oxidize unburnt hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO), and to reduce oxides of nitrogen (NO X ) emitted by the engine.
On sait également que les moteurs thermiques de certains véhicules automobiles peuvent être associés à des machines électriques réversibles pouvant fonctionner en mode moteur ou en mode de génératrice. En mode de génératrice, la machine électrique est un alternateur qui fournit un courant électrique destiné à être stockée dans une batterie d’accumulateurs ; en mode moteur, elle est au contraire alimentée par du courant précédemment stocké dans la batterie d’accumulateurs et elle fournit un couple moteur qui s’ajoute à celui du moteur thermique pour être transmis aux roues du véhicule.It is also known that the heat engines of certain motor vehicles can be associated with reversible electric machines that can operate in engine mode or in generator mode. In generator mode, the electric machine is an alternator which supplies an electric current intended to be stored in a storage battery; in engine mode, on the contrary, it is supplied with current previously stored in the storage battery and it provides engine torque which is added to that of the heat engine to be transmitted to the wheels of the vehicle.
Dans certains cas d’utilisation, un tel moteur thermique du type à allumageIn certain use cases, such an internal combustion engine of the ignition type
-2commandé est amené à fonctionner à l’état non allumé, plus précisément sans injection de carburant dans le moteur ni allumage proprement dit (c’est-à-dire sans faire jaillir d’étincelles aux bornes des bougies d’allumage du moteur). Ce cas se présente lorsqu’un calculateur ou superviseur embarqué sur le véhicule requiert une consigne de couple nulle de la part du moteur thermique.-2controlled is made to operate in the non-ignited state, more precisely without injecting fuel into the engine or ignition itself (i.e. without sparking sparks across the spark plugs of the engine) . This case arises when a computer or supervisor on board the vehicle requires a zero torque setpoint from the engine.
Par exemple, dans le cas où le moteur thermique est seul à entraîner le véhicule, sans être associé à une machine électrique, il est connu de faire fonctionner le moteur à l’état non allumé dans le cas d’un lever de pied du conducteur, c’est-à-dire lorsque le conducteur relâche complètement la pédale d’accélérateur, par exemple quand le véhicule aborde une forte pente descendante. Dans ce cas, le moteur thermique continue de tourner à l’état non allumé. Entraîné par l’inertie du véhicule, il délivre un couple résistant correspondant à l’énergie de compression des gaz dans le moteur. De préférence, on ouvre une vanne d’admission d’air, ou boîtier-papillon, du moteur de manière à minimiser l’énergie de pompage. Mais cette ouverture du boîtierpapillon entraîne un afflux important d’air pur à l’échappement du moteur, de sorte que le catalyseur du moteur se charge en oxygène. Au redémarrage du moteur, la combustion reprend normalement dans les cylindres, et du fait de l’excès d’oxygène dans le catalyseur, il se produit un pic d’émissions et notamment d’oxydes d’azote par oxydation massive des émissions de base.For example, in the case where the heat engine is the only one to drive the vehicle, without being associated with an electric machine, it is known to operate the engine in the unlit state in the case of a lift of the driver's foot , that is to say when the driver releases the accelerator pedal completely, for example when the vehicle approaches a steep downhill slope. In this case, the engine continues to run in the unlit state. Driven by the inertia of the vehicle, it delivers a resistant torque corresponding to the compression energy of the gases in the engine. Preferably, an air intake valve, or throttle valve, of the motor is opened so as to minimize the pumping energy. But this opening of the throttle body causes a large influx of clean air at the engine exhaust, so that the engine catalyst is charged with oxygen. When the engine is restarted, combustion resumes normally in the cylinders, and due to the excess oxygen in the catalyst, there is a peak in emissions, in particular of nitrogen oxides by massive oxidation of base emissions. .
On connaît aussi de la demande de brevet non examinée FR 17 52680 de la demanderesse un procédé de contrôle d’un moteur à allumage commandé du type suralimenté et associé à au moins un circuit de recirculation partielle des gaz d’échappement à l’admission du moteur, mis en œuvre lorsque le conducteur du véhicule relâche la pédale d’accélérateur, et comportant successivement des étapes au cours desquelles : on ferme une vanne de réglage du débit des gaz recyclés sans fermer le boîtier-papillon ; on coupe l’injection de carburant dans au moins un cylindre du moteur ; on ferme presque complètement le boîtier-papillon après une durée prédéterminée correspondant au temps de transfert des gaz recyclés ; et, on coupe l’injection de carburant dans les cylindres restants.Also known from the unexamined patent application FR 17 52680 by the applicant is a method for controlling a positive-ignition engine of the supercharged type and associated with at least one partial recirculation circuit of the exhaust gases at the intake of the engine, implemented when the driver of the vehicle releases the accelerator pedal, and successively comprising steps during which: a valve for adjusting the flow of recycled gases is closed without closing the throttle body; the fuel injection is cut into at least one engine cylinder; the throttle body is almost completely closed after a predetermined period corresponding to the transfer time of the recycled gases; and, we cut the fuel injection in the remaining cylinders.
Un tel procédé vise à résoudre des problèmes de fonctionnement en mode transitoire du moteur avant qu’il ne soit redémarré et que la combustion ne reprenne dans les cylindres du moteur. Dans la mesure où le boîtier-papillon finit par être fermé, il limite l’apport d’oxygène dans le catalyseur mais il augmente considérablement la perte d’énergie liée à l’effort de pompage des gaz dans le moteur.The aim of such a method is to solve operating problems in transient mode of the engine before it is restarted and combustion resumes in the engine cylinders. Since the throttle valve ends up being closed, it limits the supply of oxygen to the catalyst but it considerably increases the energy loss linked to the gas pumping effort in the engine.
Dans le cas où le moteur est associé à une machine électrique, il est connu deIn the case where the engine is associated with an electric machine, it is known to
-3faire fonctionner le moteur à l’état non allumé lorsque la totalité du couple requis pour l’entraînement du véhicule, correspondant à un enfoncement donné de la pédale d’accélérateur de la part du conducteur, est fourni par la seule machine électrique. Un calculateur peut forcer un tel mode de fonctionnement en mode purement électrique par exemple lors d’un démarrage à froid du véhicule, avant que le catalyseur ait été suffisamment chauffé pour atteindre sa température d’amorçage, ou lorsque le rendement du moteur est jugé insuffisant, ou encore lorsqu’il est envisagé de décharger la batterie de la machine électrique, etc. De tels exemples sont non limitatifs.-3operate the engine in the unlit state when the entire torque required for driving the vehicle, corresponding to a given depressing of the accelerator pedal by the driver, is provided by the only electric machine. A computer can force such an operating mode into purely electric mode, for example during a cold start of the vehicle, before the catalyst has been sufficiently heated to reach its priming temperature, or when the engine efficiency is deemed insufficient. , or when it is planned to discharge the battery of the electric machine, etc. Such examples are not limitative.
On connaît notamment du document EP-A1- 2 563 633 un véhicule hybride équipé d’un moteur thermique et d’une machine électrique. Il est prévu que le moteur thermique fonctionne à l’état non allumé tant que l’efficacité de son dispositif de dépollution est trop faible, c’est-à-dire tant qu’une température d’amorçage n’est pas atteinte. En d’autres termes, lors d’un démarrage à froid du véhicule, ce dernier est entraîné entièrement par la machine électrique. Dans un premier temps, un précatalyseur du moteur est chauffé électriquement. Puis, dans un deuxième temps, quand on prévoit que l’on va avoir besoin, ou que l’on risque d’avoir besoin de manière imminente du moteur thermique pour entraîner le véhicule, par exemple parce-qu’une requête de couple du conducteur va dépasser la capacité de la seule machine électrique, alors on chauffe aussi un catalyseur principal du moteur qui est monté à l’aval du pré-catalyseur. Cela est réalisé en ouvrant un boîtier-papillon du moteur, le moteur restant à l’état non allumé, de manière que la chaleur du pré-catalyseur soit transmise au catalyseur grâce au débit d’air pur comprimé dans le moteur puis réchauffé dans le pré-catalyseur. Dans un tel procédé, on améliore l’efficacité de traitement du dispositif de dépollution d’un moteur à allumage commandé à l’état non allumé, mais on ne peut éviter que le catalyseur se charge en oxygène, si bien qu’au redémarrage du moteur thermique, il se produit un pic d’émissions d’oxydes d’azote.Document EP-A1-2 563 633 in particular discloses a hybrid vehicle equipped with a heat engine and an electric machine. It is expected that the heat engine will operate in the unlit state as long as the efficiency of its pollution control device is too low, that is to say as long as a starting temperature is not reached. In other words, during a cold start of the vehicle, the latter is driven entirely by the electric machine. First, an engine precatalyst is electrically heated. Then, in a second step, when we anticipate that we will need, or that we may imminently need the heat engine to drive the vehicle, for example because a torque request from the conductor will exceed the capacity of the single electric machine, so we also heat a main engine catalyst which is mounted downstream of the pre-catalyst. This is achieved by opening a throttle valve housing of the engine, the engine remaining in the non-ignited state, so that the heat of the pre-catalyst is transmitted to the catalyst thanks to the flow of compressed air compressed in the engine and then heated in the pre-catalyst. In such a method, the treatment efficiency of the depollution device of a spark-ignition engine in the non-ignited state is improved, but the catalyst cannot be loaded with oxygen, so that on restarting the engine, there is a peak in nitrogen oxide emissions.
RESUME DE L’INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION
L’invention propose de remédier aux défauts des procédés connus de contrôle des moteurs à allumage commandé à l’état non allumé, dans le cas particulier où le moteur est associé à un circuit de recirculation partielle des gaz d’échappement à l’admission, dont l’intérêt est bien connu, sur de tels moteurs à allumage commandé, pour augmenter le rendement de combustion grâce à une diminution de la température de combustion due à la dilution des gaz, et d’autre part pour diminuer lesThe invention proposes to remedy the shortcomings of known methods for controlling spark-ignition engines in the non-ignited state, in the particular case where the engine is associated with a partial recirculation circuit of the exhaust gases at the intake, whose interest is well known, on such spark-ignition engines, for increasing the combustion efficiency thanks to a decrease in the combustion temperature due to the dilution of the gases, and on the other hand for reducing the
-4pertes par pompage, la charge d’air frais nécessaire à la production du couple moteur pouvant souvent être modifiée grâce à un apport de gaz recyclés plutôt qu’en actionnant un boîtier-papillon du moteur.-4 losses by pumping, the charge of fresh air necessary for the production of the engine torque can often be modified thanks to a supply of recycled gas rather than by actuating a throttle body of the engine.
Elle vise plus précisément à éviter les pics d’émissions d’oxydes d’azote au redémarrage d’un tel moteur tout en minimisant l’énergie de pompage des gaz d’admission dans le moteur.More specifically, it aims to avoid peaks of nitrogen oxide emissions when restarting such an engine while minimizing the pumping energy of the intake gases into the engine.
Elle concerne tous les moteurs à combustion interne à allumage commandé, qu’ils soient du type atmosphérique (à aspiration naturelle) ou du type suralimenté, pourvu qu’une recirculation partielle des gaz d’échappement à l’admission soit possible.It concerns all internal combustion engines with positive ignition, whether they are of the atmospheric type (naturally aspirated) or of the supercharged type, provided that partial recirculation of the exhaust gases at the intake is possible.
Elle propose pour cela un procédé de contrôle d’un moteur à allumage commandé associé à au moins un circuit de recirculation partielle des gaz d’échappement à l’admission du moteur prenant naissance en amont d’un dispositif de dépollution des gaz d’échappement du moteur, ledit moteur étant monté sur un véhicule automobile, et pouvant être en outre associé à une machine électrique réversible apte à fonctionner selon un mode de génératrice ou selon un mode moteur dans lesquels elle participe au couple d’entraînement du véhicule, ledit procédé comprenant :It therefore proposes a method for controlling a positive-ignition engine associated with at least one partial recirculation circuit of the exhaust gases at the intake of the engine originating upstream of an exhaust gas pollution control device of the engine, said engine being mounted on a motor vehicle, and being able to be further associated with a reversible electric machine able to operate according to a generator mode or according to an engine mode in which it participates in the driving torque of the vehicle, said method including:
Une étape dans laquelle un couple est requis pour l’entraînement du véhicule par un conducteur du véhicule ;A step in which a torque is required for the vehicle to be driven by a driver of the vehicle;
Une étape au cours de laquelle une consigne de couple du moteur est déterminée ;A step during which an engine torque setpoint is determined;
Une étape au cours de laquelle on vérifie si ladite consigne de couple du moteur est nulle ;A step during which it is checked whether said engine torque setpoint is zero;
Si ladite consigne de couple est nulle, une étape au cours de laquelle l’injection de carburant dans le moteur est arrêtée et l’allumage par les bougies du moteur est arrêté ; et,If said torque setpoint is zero, a step during which the injection of fuel into the engine is stopped and the ignition by the engine spark plugs is stopped; and,
Si ladite consigne de couple est nulle, une étape au cours de laquelle un boîtierpapillon du moteur est ouvert, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre, lorsque ladite consigne de couple est nulle, une étape d’ajustement de la position d’une vanne apte à augmenter la recirculation des gaz issus du moteur à l’admission du moteur.If said torque setpoint is zero, a step during which a motor throttle unit is opened, said method being characterized in that it further comprises, when said torque setpoint is zero, a step of adjusting the position a valve capable of increasing the recirculation of gases from the engine when the engine is admitted.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
-5D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture d’un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés sur lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading a non-limiting embodiment thereof, with reference to the appended drawings in which:
la figure 1 est une vue schématique illustrant un dispositif de motorisation selon l’invention ; et, la figure 2 est un organigramme illustrant les différentes étapes d’un procédé de contrôle d’un moteur du dispositif de motorisation de la figure 1 selon un mode de réalisation de l’invention.Figure 1 is a schematic view illustrating a motor device according to the invention; and, Figure 2 is a flowchart illustrating the different steps of a method of controlling an engine of the motorization device of Figure 1 according to an embodiment of the invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURESDETAILED DESCRIPTION OF THE FIGURES
La figure 1 représente un dispositif de motorisation 1 apte à la mise en œuvre du procédé selon l’invention, qui équipé notamment un véhicule automobile. Il comprend au moins un moteur thermique 2, plus précisément un moteur à combustion interne du type à allumage commandé (fonctionnant notamment à l’essence), qui se présente ici de manière non limitative sous la forme d’un moteur à quatre cylindres en ligne suralimenté.FIG. 1 represents a motorization device 1 suitable for implementing the method according to the invention, which in particular is fitted to a motor vehicle. It comprises at least one heat engine 2, more specifically an internal combustion engine of the spark-ignition type (operating in particular on petrol), which is here in a non-limiting manner in the form of a four-cylinder in-line engine. supercharged.
Dans une variante non représentée, il peut s’agir d’un moteur atmosphérique, c’est-à-dire un moteur à aspiration naturelle.In a variant not shown, it can be an atmospheric engine, that is to say a naturally aspirated engine.
Pour son fonctionnement, un tel moteur thermique 2 aspire de l’air dans le sens de la flèche F1 par l’intermédiaire d’un circuit d’admission 3, et évacue ses gaz de combustion par un circuit d’échappement 4 afin de les diriger vers un système de dépollution 5 des gaz de combustion du moteur, et de les évacuer dans l’atmosphère extérieure dans le sens de la flèche F2. Le dispositif de dépollution 5 comporte généralement au moins un catalyseur trois voies 5, le moteur étant du type à allumage commandé et fonctionnant de manière connue en soi généralement à richesse 1 sur la plupart de ses points de fonctionnement, le catalyseur 5 permettant ainsi d’oxyder les hydrocarbures imbrûlés et le monoxyde de carbone, ainsi que de réduire les oxydes d’azote, qui sont émis dans les gaz de combustion du moteur.For its operation, such a heat engine 2 sucks air in the direction of arrow F1 via an intake circuit 3, and evacuates its combustion gases by an exhaust circuit 4 in order to direct towards a pollution control system 5 of the combustion gases from the engine, and evacuate them into the external atmosphere in the direction of arrow F2. The pollution control device 5 generally comprises at least one three-way catalyst 5, the engine being of the spark-ignition type and operating in a manner known per se generally at richness 1 at most of its operating points, the catalyst 5 thus making it possible to oxidize unburnt hydrocarbons and carbon monoxide, as well as reduce nitrogen oxides, which are emitted in engine combustion gases.
Le moteur consomme également du carburant, par exemple de l’essence (mais il peut s’agir aussi d’autres carburants tels que l’alcool ou le gaz), qui est amené au moteur grâce à un système d’injection (partiellement non représenté), par exemple un système d’injection directe qui peut comporter une rampe d’alimentation commune aux cylindres et au moins un injecteur 6 de carburant par cylindre apte à injecter le carburant directement dans chacun des cylindres, plus précisément dans chaqueThe engine also consumes fuel, for example petrol (but it can also be other fuels such as alcohol or gas), which is brought to the engine thanks to an injection system (partially not shown), for example a direct injection system which may include a supply rail common to the cylinders and at least one fuel injector 6 per cylinder capable of injecting fuel directly into each of the cylinders, more precisely into each
-6chambre de combustion délimitée dans chaque cylindre. En variante non représentée, chaque cylindre peut être alimenté par un injecteur qui injecte le carburant dans une conduite d’admission en amont de chaque cylindre. Une bougie d’allumage (non représentée sur la figure 1) débouche également dans chacune des chambres de combustion du moteur.-6 combustion chamber delimited in each cylinder. In a variant not shown, each cylinder can be supplied by an injector which injects the fuel into an intake pipe upstream of each cylinder. A spark plug (not shown in Figure 1) also opens into each of the engine’s combustion chambers.
Dans le circuit d’admission d’air 3, un filtre à air 7 permet d’éliminer les poussières contenues dans l’air. S’agissant sur la figure 1 d’un moteur 2 suralimenté, le moteur 2 comprend par ailleurs un turbocompresseur 8 dont le compresseur 9 est monté en aval du filtre à air 7. De plus, il se peut qu’un échangeur de température 10 soit disposé à l’aval du compresseur 8. Le circuit d’admission 3 comprend encore, en aval du compresseur 8, une première vanne de réglage 11 du débit des gaz entrant dans le moteur 2, ou boîtier-papillon 11, et un collecteur d’admission 12, ou répartiteur 12, du moteur. Un capteur de pression 13 des gaz d’admission Pcoll et un capteur de température des gaz d’admission Tcoll sont interposés dans le circuit d’admission 3 entre le boîtier-papillon 11 et le collecteur d’admission 12. Ils peuvent aussi être montés sur le collecteur d’admission 12. De manière connue en soi, la connaissance de l’angle d’ouverture du boîtier-papillon, de la pression d’admission et de la température d’admission permet de déterminer la quantité d’air (en unité de débit massique, par exemple en kg/h) présente dans le moteur. Bien entendu, dans une variante non représentée on peut aussi disposer d’un débitmètre pour mesurer cette quantité d’air.In the air intake circuit 3, an air filter 7 eliminates the dust contained in the air. With regard to FIG. 1 of a supercharged engine 2, the engine 2 also comprises a turbocharger 8, the compressor 9 of which is mounted downstream of the air filter 7. In addition, it is possible that a temperature exchanger 10 is arranged downstream of the compressor 8. The intake circuit 3 also comprises, downstream of the compressor 8, a first regulating valve 11 for the flow rate of the gases entering the engine 2, or throttle body 11, and a manifold intake 12, or distributor 12, of the engine. An intake gas pressure sensor 13 Pcoll and an intake gas temperature sensor Tcoll are interposed in the intake circuit 3 between the throttle body 11 and the intake manifold 12. They can also be mounted on the intake manifold 12. In a manner known per se, knowing the opening angle of the throttle body, the intake pressure and the intake temperature makes it possible to determine the amount of air ( in mass flow unit, for example in kg / h) present in the engine. Of course, in a variant not shown, it is also possible to have a flow meter to measure this quantity of air.
Le compresseur 9 est entraîné par une turbine 15 du turbocompresseur, qui est interposée dans la conduite d’échappement 4 entre le moteur 2 et le catalyseur trois voies 5. La turbine 15 est montée dans le circuit d’échappement 4 du moteur, en aval d’un collecteur d’échappement 16 du moteur, plus précisément entre le collecteur d’échappement 16 et le catalyseur 5. Classiquement, la turbine 15 peut être associée à une conduite de dérivation à l’échappement (non représentée) qui contourne la turbine 15 et qui comporte une vanne de décharge à l’échappement (également appelée vanne « waste gâte ») pour pouvoir ajuster l’énergie apportée par les gaz d’échappement à la turbine 15, et donc de pouvoir régler la pression délivrée par le compresseur 9.The compressor 9 is driven by a turbine 15 of the turbocharger, which is interposed in the exhaust pipe 4 between the engine 2 and the three-way catalyst 5. The turbine 15 is mounted in the exhaust circuit 4 of the engine, downstream an exhaust manifold 16 of the engine, more precisely between the exhaust manifold 16 and the catalyst 5. Conventionally, the turbine 15 can be associated with an exhaust bypass pipe (not shown) which bypasses the turbine 15 and which includes an exhaust discharge valve (also called a waste waste valve) in order to be able to adjust the energy supplied by the exhaust gases to the turbine 15, and therefore to be able to adjust the pressure delivered by the compressor 9.
De plus, dans le cadre de l’invention, le moteur thermique 2 comporte au moins un circuit de recirculation partielle des gaz d’échappement à l’admission, connu également sous l’abréviation circuit EGR (EGR désignant l’acronyme en langue anglaise pour « Exhaust Gas Recycling »). Le circuit EGR comprend une conduite deIn addition, in the context of the invention, the heat engine 2 comprises at least one partial recirculation circuit of the exhaust gases at the intake, also known by the abbreviation EGR circuit (EGR designating the acronym in English). for "Exhaust Gas Recycling"). The EGR circuit includes a
-7recirculation 17 qui prend ici naissance en un point du circuit d’échappement 4 situé en amont de la turbine 15, et dont l’autre extrémité débouche en aval du compresseur 9. La conduite de recirculation 17 est pourvue d’une vanne de recirculation 18, ou vanne EGR, qui permet d’ajuster la quantité de gaz recyclés.-7 recirculation 17 which here originates at a point in the exhaust circuit 4 located upstream of the turbine 15, and the other end of which opens downstream of the compressor 9. The recirculation line 17 is provided with a recirculation valve 18, or EGR valve, which allows the amount of recycled gas to be adjusted.
Le moteur de la figure 1 étant du type suralimenté, le circuit EGR est plus précisément un circuit de recirculation partielle à haute pression des gaz d’échappement à l’admission, connu également sous l’abréviation circuit EGR HP, dans la mesure où les gaz d’échappement sont prélevés en amont de la turbine 15, c’est-à-dire en un point du circuit d’échappement où ils ne sont pas encore détendus, et qu’ils sont renvoyés en aval du compresseur 9, c’est-à-dire en un point du circuit d’admission où les gaz d’admission du moteur sont déjà comprimés.The engine of FIG. 1 being of the supercharged type, the EGR circuit is more precisely a partial recirculation circuit at high pressure of the exhaust gases at the intake, also known by the abbreviation EGR circuit HP, insofar as the exhaust gases are taken upstream of the turbine 15, that is to say at a point in the exhaust circuit where they are not yet expanded, and that they are returned downstream of the compressor 9, c ' that is to say at a point in the intake circuit where the engine intake gases are already compressed.
En variante non représentée, si le moteur est du type atmosphérique, le dispositif de motorisation 1 est identique en tout point à celui de la figure 1, à l’exception près qu’il ne comprend pas le turbocompresseur 8 ni l’échangeur 10. Le circuit de recirculation partielle des gaz d’échappement est néanmoins présent dans le cadre de l’invention, mais il ne s’agit pas d’un circuit de recirculation partielle à haute pression. Il prend naissance entre le collecteur d’échappement 16 et le catalyseur 5, et son autre extrémité débouche entre le filtre à air 7 et le boîtier-papillon 11.In a variant not shown, if the engine is of the atmospheric type, the motorization device 1 is identical in all respects to that of FIG. 1, except that it does not include the turbocharger 8 nor the exchanger 10. The partial exhaust gas recirculation circuit is nevertheless present in the context of the invention, but it is not a high pressure partial recirculation circuit. It originates between the exhaust manifold 16 and the catalyst 5, and its other end opens out between the air filter 7 and the throttle body 11.
Les gaz d’échappement peuvent circuler dans le sens de la flèche F indiquée sur la figure 1 dans les conditions de fonctionnement où la pression régnant en aval du compresseur 9 est inférieure à la pression régnant en amont de la turbine 15. Il est possible que le circuit d’échappement 4 soit en outre muni, par exemple à l’aval du catalyseur 5, d’une vanne à l’échappement 19 apte à faciliter la circulation desdits gaz lorsque cette condition n’est pas remplie ou que l’écart de pression entre l’aval du compresseur et l’amont de la turbine est trop faible pour obtenir un débit de gaz recirculés suffisant : en fermant la vanne à l’échappement 19, on crée une perte de charge suffisamment importante pour augmenter fortement la pression en amont de la turbine, ce qui force la circulation des gaz d’échappement dans la conduite 17.The exhaust gases can circulate in the direction of arrow F indicated in FIG. 1 under operating conditions where the pressure prevailing downstream of the compressor 9 is lower than the pressure prevailing upstream of the turbine 15. It is possible that the exhaust circuit 4 is also provided, for example downstream of the catalyst 5, with an exhaust valve 19 capable of facilitating the circulation of said gases when this condition is not met or when the difference of pressure between the downstream of the compressor and the upstream of the turbine is too low to obtain a sufficient flow of recirculated gases: by closing the exhaust valve 19, a sufficiently large pressure drop is created to greatly increase the pressure upstream of the turbine, which forces the circulation of exhaust gases in line 17.
De manière connue en soi, le moteur thermique 2 produit un couple moteur, dit couple thermique Ct , qui résulte de la combustion d’un mélange d’air frais (auquel peuvent s’ajouter des gaz recyclés d’échappement) et de carburant dans des quantités bien définies par un calculateur du moteur 2. De manière connue en soi, la richesse du mélange est généralement réglée dans les proportions stoechiométriques (i.e. à richesse 1) en utilisant les indications d’au moins un capteur à oxygène (non représenté).In a manner known per se, the heat engine 2 produces an engine torque, called the thermal torque Ct, which results from the combustion of a mixture of fresh air (to which recycled exhaust gases can be added) and fuel in quantities well defined by a computer of engine 2. In a manner known per se, the richness of the mixture is generally adjusted in stoichiometric proportions (ie with richness 1) using the indications of at least one oxygen sensor (not shown) .
-8Dans un premier mode de réalisation de l’invention, le dispositif de motorisation 1 selon l’invention comprend aussi une machine électrique réversible 20, tel qu’illustré à la figure 1.In a first embodiment of the invention, the motorization device 1 according to the invention also comprises a reversible electric machine 20, as illustrated in FIG. 1.
La machine électrique 20, par exemple un alterno-démarreur 20 séparé du volant d’inertie du moteur thermique 2, et dont un arbre rotatif 21 est accouplé via des moyens de transmission 22 à un arbre rotatif 23 du moteur thermique 2, par exemple un vilebrequin, est apte à fonctionner en mode de « moteur » ou en mode de « génératrice », sous la supervision d’un boîtier de commande 24. D’autres variantes d’architecture peuvent être prévues sans sortir du cadre de l’invention.The electric machine 20, for example an alternator-starter 20 separated from the flywheel of the heat engine 2, and a rotary shaft 21 of which is coupled via transmission means 22 to a rotary shaft 23 of the heat engine 2, for example a crankshaft, is capable of operating in "engine" mode or in "generator" mode, under the supervision of a control unit 24. Other architectural variants can be provided without departing from the scope of the invention.
En mode de « génératrice », la machine électrique 20 est un alternateur qui fournit un courant électrique destiné à être stockée dans une batterie 25 d’accumulateurs en prélevant un couple électrique Ce résistant ; en mode « moteur », elle est au contraire alimentée par du courant précédemment stocké dans la batterie 20 et elle fournit un couple électrique Ce moteur qui s’ajoute à celui Ct du moteur thermique pour être transmis aux roues du véhicule.In “generator” mode, the electric machine 20 is an alternator which supplies an electric current intended to be stored in an accumulator battery 25 by taking a resistant electric torque C e ; in “engine” mode, it is on the contrary supplied by current previously stored in the battery 20 and it provides an electrical torque C th motor which is added to that Ct of the heat engine to be transmitted to the wheels of the vehicle.
Le mode de fonctionnement général du dispositif de motorisation 1 est le suivant : L’enfoncement de la pédale d’accélérateur (non représentée) du véhicule par le conducteur est traduite par un calculateur (non représenté) en une consigne de couple C à transmettre aux roues du véhicule. Le couple C peut alors être obtenu soit sous la forme de couple thermique Ct, soit sous la forme de couple électrique Ce, soit sous la forme d’une combinaison des deux. Dans tous les cas, la valeur du couple C est égale à la somme algébrique des valeurs du couple thermique Ct et du couple électrique Ce, ce dernier prenant une valeur positive en mode « moteur » et une valeur négative en mode de « génératrice » de la machine électrique 20, le calculateur effectuant la répartition en fonction de différents paramètres du véhicule et/ou du dispositif de motorisation 1The general operating mode of the motorization device 1 is as follows: The depressing of the accelerator pedal (not shown) of the vehicle by the driver is translated by a computer (not shown) into a torque setpoint C to be transmitted to the vehicle wheels. The torque C can then be obtained either in the form of thermal torque Ct, or in the form of electrical torque C e , or in the form of a combination of the two. In all cases, the value of the torque C is equal to the algebraic sum of the values of the thermal torque Ct and the electrical torque C e , the latter taking a positive value in "motor" mode and a negative value in "generator" mode of the electric machine 20, the computer performing the distribution according to different parameters of the vehicle and / or of the motorization device 1
Il se peut que la totalité du couple nécessaire à l’entraînement du véhicule soit fournie par la seule machine électrique, le superviseur 24 imposant une consigne de couple thermique Ct nulle, par exemple lorsque la batterie 25 est pleine et doit être déchargée, ou lorsque le catalyseur 5 du moteur thermique est froid et présente une efficacité de traitement trop faible, etc.It may be that the entire torque necessary for driving the vehicle is supplied by the only electric machine, the supervisor 24 imposing a setpoint of thermal torque Ct zero, for example when the battery 25 is full and must be discharged, or when the catalyst 5 of the heat engine is cold and has too low a treatment efficiency, etc.
Selon les modes de fonctionnement connus, en cas de consigne de couple thermique nulle, on coupe alors l’injection de carburant dans le moteur thermique 2, on interrompt aussi l’allumage par les bougies, et on ouvre le boîtier-papillon 11. Le moteur thermique 2 est alors entraîné à vide par la machine électrique 20 et ne délivreAccording to known operating modes, in the event of a zero thermal torque setpoint, the fuel injection in the heat engine 2 is then cut, the ignition is also interrupted by the spark plugs, and the throttle body 11 is opened. heat engine 2 is then driven empty by the electric machine 20 and does not deliver
-9qu’un faible couple résistant correspondant à l’énergie de pompage de l’air dans les cylindres.-9that a low resistive torque corresponding to the pumping energy of the air in the cylinders.
Dans un deuxième mode de réalisation de l’invention, le dispositif de motorisation 2 est en tout point semblable au dispositif représenté à la figure 1, à l’exception du fait que le moteur thermique 2 n’est pas associé à une machine électrique 20 mais à un alternateur classique 20, dont l’arbre rotatif 21 est accouplé au moteur via des moyens de transmission 22, par exemple une courroie d’accessoires.In a second embodiment of the invention, the motorization device 2 is in all respects similar to the device represented in FIG. 1, with the exception of the fact that the heat engine 2 is not associated with an electric machine 20 but to a conventional alternator 20, the rotary shaft 21 of which is coupled to the engine via transmission means 22, for example an accessory belt.
De la même façon que pour le premier mode, l’enfoncement de la pédale d’accélérateur (non représentée) du véhicule par le conducteur est traduite par un calculateur (non représenté) en une consigne de couple C à transmettre aux roues du véhicule, mais ici, ce couple C est obtenu uniquement sous la forme de couple thermique Ct du moteur 2.In the same way as for the first mode, the depressing of the accelerator pedal (not shown) of the vehicle by the driver is translated by a computer (not shown) into a torque setpoint C to be transmitted to the wheels of the vehicle, but here, this torque C is obtained only in the form of thermal torque Ct of the motor 2.
Dans un tel dispositif, il peut advenir également que la consigne de couple thermique soit nulle, plus particulièrement lors d’un lever de pied de la part du conducteur du véhicule, c’est-à-dire lorsque celui-ci relève complètement le pied de la pédale d’accélérateur du véhicule, par exemple lorsque le véhicule descend une pente. Les modes de fonctionnement connus dans pareil cas sont similaires à ceux du premier mode de réalisation du dispositif : on coupe l’injection de carburant dans les cylindres et l’allumage, et on ouvre le boîtier-papillon 11 de manière à limiter l’énergie de pompage.In such a device, it may also happen that the thermal torque setpoint is zero, more particularly during a lifting of the foot by the driver of the vehicle, that is to say when the latter completely raises the foot the vehicle's accelerator pedal, for example when the vehicle is going downhill. The known operating modes in such a case are similar to those of the first embodiment of the device: the fuel injection in the cylinders and the ignition is cut off, and the throttle body 11 is opened so as to limit the energy. pumping.
La figure 2 illustre les différentes étapes d’un procédé de contrôle d’un moteur à allumage tel qu’il vient d’être décrit à l’appui de la figure 1.FIG. 2 illustrates the various stages of a method for controlling an ignition engine as it has just been described with the support of FIG. 1.
Le procédé débute par une étape 100 au cours de laquelle le conducteur requiert un couple C pour l’entraînement du véhicule, par exemple en appuyant sur la pédale d’accélérateur. L’enfoncement de la pédale est une valeur représentative de cette requête. On relève également le régime de rotation N du moteur 2.The method begins with a step 100 during which the driver requires a torque C for driving the vehicle, for example by depressing the accelerator pedal. The depressing of the pedal is a representative value of this request. The rotation speed N of engine 2 is also noted.
Le procédé se poursuit par une étape 200 de détermination d’une consigne de couple thermique Ct, c’est-à-dire d’une consigne de couple imposée au moteur 2, et le cas échéant, si le moteur 2 est associé à une machiné électrique 20, d’une consigne de couple électrique Ce. Le couple d’entraînement du véhicule peut être entièrement fourni par le moteur, ou entièrement par la machine électrique, ou en combinaison par les deux ensemble dans des proportions variables, sous l’action d’un calculateur du moteur. Bien entendu si le moteur n’est pas associé à une machine électrique, la consigne de couple électrique est alors toujours égale à zéro.The process continues with a step 200 of determining a thermal torque setpoint Ct, that is to say a torque setpoint imposed on the motor 2, and if necessary, if the motor 2 is associated with a electrical engine 20, of an electrical torque setpoint C e . The driving torque of the vehicle can be provided entirely by the engine, or entirely by the electric machine, or in combination by the two together in variable proportions, under the action of an engine computer. Of course, if the motor is not associated with an electric machine, the electric torque setpoint is then always equal to zero.
Le procédé se poursuit par une étape 300 de réglage du moteur 2, dans lequelThe process continues with a step 300 for adjusting the motor 2, in which
- 10le calculateur du moteur 2 détermine un débit d’air, un débit de gaz d’échappement recirculés à l’admission et un débit de carburant pour la production du couple thermique Ct . Cela se traduit par le réglage d’une position angulaire apap du boîtierpapillon 11, d’une position angulaire Oegr de la vanne de recirculation à haute pression 18 (et/ou de la vanne à l’échappement 19), d’un temps d’injection tinj de carburant dans les cylindres du moteur et d’une avance à l’allumage AA. La richesse r du mélange air / carburant est le plus souvent réglée en boucle fermée autour de la valeur 1.- the engine 2 computer determines an air flow, a flow of recirculated exhaust gas at the intake and a fuel flow for the production of the thermal torque Ct. This results in the adjustment of an angular position a pap of the butterfly housing 11, an angular position Oegr of the high-pressure recirculation valve 18 (and / or the exhaust valve 19), a time of injection ti n j of fuel into the engine cylinders and an ignition advance AA. The richness r of the air / fuel mixture is most often set in a closed loop around the value 1.
A une étape de test 400, on vérifie si la valeur de consigne Ct du couple thermique est nulle. Comme déjà exposé plus haut, ce cas peut se présenter notamment lors d’un lever de pied dans le cas d’un moteur thermique 2 seul, ou lorsque le calculateur provoque le fonctionnement du véhicule en mode électrique pur, dans le cas d’un moteur thermique 2 associé à une machine électrique 20.In a test step 400, it is checked whether the set value Ct of the thermal torque is zero. As already explained above, this case can arise in particular during a foot lift in the case of a heat engine 2 alone, or when the computer causes the vehicle to operate in pure electric mode, in the case of a heat engine 2 associated with an electric machine 20.
Si ladite consigne Ct n’est pas nulle, le procédé reprend à l’étape 100. Dans le cas contraire, le procédé oriente vers une étape 500 dans laquelle le moteur thermique 2 passe à un état non démarré, se traduisant par l’arrêt de l’injection de carburant, en d’autres termes un temps d’injection tinj nul, et l’arrêt de la production d’étincelles aptes à initier la combustion du mélange air/carburant, aux bornes des bougies d’allumage du moteur.If said setpoint Ct is not zero, the method resumes at step 100. Otherwise, the method directs towards a step 500 in which the heat engine 2 goes to an unstarted state, resulting in stopping fuel injection, in other words an injection time ti n j zero, and stopping the production of sparks capable of initiating the combustion of the air / fuel mixture, across the spark plugs of the motor.
Le procédé se poursuit par une étape 600 au cours de laquelle la vanne de recirculation 18 est ouverte, de préférence à sa position d’ouverture maximale, de façon à favoriser au maximum la recirculation des gaz d’échappement provenant du collecteur d’échappement 16 vers l’admission du moteur. En d’autres termes, il s’agit de limiter le transfert des gaz en provenance du moteur vers le catalyseur 5. La proportion des gaz recirculés dépend bien entendu de la perméabilité du circuit EGR et du catalyseur 5.The process continues with a step 600 during which the recirculation valve 18 is open, preferably at its maximum opening position, so as to promote as much as possible the recirculation of the exhaust gases from the exhaust manifold 16 to the engine intake. In other words, it is a question of limiting the transfer of the gases coming from the engine towards the catalyst 5. The proportion of the recirculated gases naturally depends on the permeability of the EGR circuit and of the catalyst 5.
En variante de l’étape 600, ou en combinaison avec l’ouverture de la vanne EGR 18, il est aussi possible de provoquer la fermeture de la vanne à l’échappement 19. On crée ainsi une contre-pression apte à augmenter considérablement la proportion des gaz en provenance du moteur circulant dans la conduite 17.As a variant of step 600, or in combination with the opening of the EGR valve 18, it is also possible to cause the valve to close at the exhaust 19. This creates a back pressure capable of considerably increasing the proportion of gases from the engine flowing in line 17.
Le procédé comporte encore une étape 700 dans laquelle la position apap du boîtier-papillon est ouverte. Plus précisément, elle peut être maintenue inchangée par rapport à la dernière position de consigne de couple thermique Ct non nul, ou bien, de manière particulièrement avantageuse, être réglée à sa position d’ouverture maximale, de façon à minimiser l’effort de pompage du moteur.The method also includes a step 700 in which the position a pap of the butterfly housing is open. More precisely, it can be kept unchanged with respect to the last non-zero thermal torque setpoint position Ct, or else, in a particularly advantageous manner, be adjusted to its maximum opening position, so as to minimize the pumping effort. of the motor.
- 11 Le procédé reprend ensuite de manière itérative à l’étape 100.- 11 The process then resumes iteratively in step 100.
On comprend de ce qui précède, et plus particulièrement des étapes 600 et 700, que le procédé permet de pomper de l’air pur dans le moteur pendant son fonctionnement à l’état non allumé et de recycler la plus grande partie de cet air à 5 l’admission du moteur sans passer par le catalyseur 5, ce qui évite de charger le catalyseur en oxygène. Ainsi, lors du redémarrage du moteur 2, la combustion reprend normalement sans produire de pic d’émissions d’oxydes d’azote.It is understood from the foregoing, and more particularly from steps 600 and 700, that the method makes it possible to pump clean air into the engine during its operation in the unlit state and to recycle most of this air at 5 the engine intake without passing through the catalyst 5, which avoids loading the catalyst with oxygen. Thus, when the engine 2 is restarted, combustion resumes normally without producing a peak of nitrogen oxide emissions.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation qui vient d’être décrit. En variante, on peut par exemple modifier l’ordre des étapes 500, 600 et 10 700 sans sortir du cadre de l’invention. Par exemple, on peut d’abord ouvrir le boîtierpapillon 11 si on souhaite en priorité l’effort de pompage, puis ensuite ouvrir la vanne de recirculation 18. On peut aussi procéder à ces deux ouvertures de manière simultanée.Of course, the invention is not limited to the embodiment which has just been described. As a variant, it is possible, for example, to modify the order of steps 500, 600 and 10,700 without departing from the scope of the invention. For example, one can first open the butterfly housing 11 if priority is given to the pumping effort, then then open the recirculation valve 18. These two openings can also be carried out simultaneously.
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