FR3107085A1 - Purge d’oxygène dans un catalyseur d’échappement de véhicule automobile à la reprise d’injection - Google Patents

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Abstract

Il est divulgué un procédé de purge d’oxygène, à la reprise d’injection, dans un catalyseur d’échappement de véhicule automobile équipé d’un moteur à combustion interne à injection directe et à allumage commandé, comprenant l’injection d’essence (46) à l’échappement, dans au moins un cylindre et pour au moins un cycle à quatre temps dudit cylindre durant la phase d’échappement (IV) dudit cycle, en réponse à la détermination d’une reprise d’injection terminant une séquence de fonctionnement du moteur avec coupure d’injection. Figure pour l’abrégé : Fig. 3

Description

Purge d’oxygène dans un catalyseur d’échappement de véhicule automobile à la reprise d’injection
La présente invention se rapporte de manière générale au traitement des gaz d’échappement dans les véhicules automobiles, et plus particulièrement à la purge d’oxygène dans un catalyseur d’échappement de véhicule automobile à la reprise d’injection.
L'invention trouve des applications, en particulier, dans les systèmes de contrôle moteur pour les véhicules automobiles équipés de moteurs à injection directe de carburant.
Il est bien connu qu’un moteur à combustion interne de véhicule automobile, qu’il s’agisse d’un moteur à allumage commandé (dit moteur à essence) fonctionnent avec de l’essence comme carburant ou d’un moteur à allumage par compression (dit moteurs diesel) fonctionnent avec du gazole comme carburant, génère des gaz polluants résultant de la combustion du mélange air-carburant correspondant dans le ou les cylindres du moteur. Ces gaz polluants comprennent en particulier les hydrocarbures imbrûlés (ou HC, de l’anglais «HydroCarbons»), le monoxyde de carbone (CO), et des oxydes d'azote (NOx, mis pour NO qui désigne le monoxyde d’azote et pour NO2qui désigne le dioxyde d’azote). Les HC et le CO sont produits, essentiellement, suite à une combustion incomplète du carburant généralement due à un manque d'oxygène dans le mélange, et ce phénomène touche plus les moteurs à essence que les moteurs diesel. Bénéficiant d’une combustion plus complète, un moteur diesel est en effet plus concerné par l’émission des NOx.
Afin de limiter le rejet de ces gaz polluants dans l’atmosphère, le système d’échappement d’un véhicule automobile à essence comprend, depuis de nombreuses années, un pot catalytique ou catalyseur d'échappement. Un catalyseur d’échappement à trois voies (ou TWC, de l’anglais «t hree-way c atalytic c onverter») permet de traiter les trois polluants identifiés ci-dessus (i.e., les HC, le CO, et les NOx) à la fois. La fonction du catalyseur d'échappement est de diminuer la pollution dans l'environnement en réduisant ou en détruisant les gaz polluants résultant de la combustion imparfaite du mélange air-carburant dans les cylindres du moteur, grâce à une réaction chimique de catalyse. Pour un moteur à essence, le catalyseur d'échappement transforme le CO et le NO2en substance non polluante. Pour un moteur diesel, le catalyseur d'échappement convertit le CO et les HC en dioxyde de carbone et en eau. Le catalyseur d'échappement est efficace à haute température, et c’est pourquoi il est placé très près du moteur afin de chauffer et atteindre rapidement sa température de fonctionnement idéale.
L’efficacité du traitement dans le catalyseur est maximum à richesse 1,i.e., à richesse égale à l’unité, c’est-à-dire pour un mélange gaz-oxygène qui respecte la proportion stœchiométrique. Ceci découle directement des lois de conservation de la nature,i.e., de la conservation des atomes et de la conservation des charges électriques des atomes lors des transformations moléculaires résultant des réactions chimiques dans le catalyseur d’échappement.
On rappelle qu’un mélange est pauvre,i.e., que sa richesse est inférieure à l’unité, s’il contient une teneur en oxygène supérieure à la proportion stœchiométrique, et qu’il est riche s’il contient une teneur en oxygène inférieure à ladite proportion stœchiométrique. Le mélange idéal est de 14,7g d’oxygène pour 1g de carburant, aussi appelé "mélange stœchiométrique". Il génère une combustion homogène et complète, faiblement polluante. Il permet d'assurer le meilleur rendement du moteur se traduisant par une moindre consommation, au détriment toutefois de la puissance. En effet, l’obtention d’un maximum de puissance suppose un mélange riche.
Comme l’homme du métier ne l’ignore pas, le coefficient «lambda», donné par une sonde du même nom et classiquement représentée par la lettre grecque correspondante (λ), est la référence permettant de déterminer la richesse. Ce coefficient est l’inverse de la richesse telle qu’exprimée de la manière indiquée plus haut. Dit autrement, le rapport est idéal lorsque λ=1, alors que le mélange est pauvre si λ>1 et qu’il est riche si λ<1. La puissance maximum du moteur est obtenue avec un dosage riche et se situe vers λ=0,86.
L'allumage dans les moteurs essence se fait par l'intermédiaire d'une bougie d'allumage qui est commandée pour provoquer un arc électrique, lequel enflamme le mélange air/essence. On parle pour cette raison de moteur à allumage commandé. Ce principe d'allumage nécessite donc une grande homogénéité du mélange au moment précis où l'arc électrique se produit. Le mélange avec l'air est le plus souvent réalisé à l'extérieur de la chambre de combustion, en amont de la soupape d'admission (injection indirecte). Cependant avec les progrès des injecteurs et des techniques d'injection gérées par l'électronique, de plus en plus souvent l'injection se fait directement dans la chambre de combustion (injection directe). Dans les moteurs Diesel, c’est uniquement la compression du mélange air/gazole qui provoque l’explosion dans la chambre de combustion. Dans les moteurs Diesel les plus récents, l’injection de gazole sous pression se fait également directement dans les cylindres.
Des règlementations en vigueur à travers le monde, notamment les normes européennes d’émission dites «normes Euro», fixent les limites maximales du rejet de gaz polluants par les véhicules neufs, avec pour objectif de réduire la pollution atmosphérique due au transport routier. Ces normes Euro se succèdent, en étant numérotées de manière croissante, et diffèrent entre les différents types de moteurs et de véhicules, mais la tendance constante est qu’elles sont de plus en plus strictes.
Notamment, le cycle de conduite automobile NEDC (de l’anglais «New European Driving Cycle ») qui avait été mis en place en 1973 pour imiter de façon reproductible les conditions rencontrées sur les routes européennes (et dont le principe était une procédure appliquée au véhicule sur des bancs à rouleaux et constituée d'accélérations, de décélérations et de paliers à vitesse constante sur une durée de 20 minutes telle que décrite dans la directive européenne 70/220/CEE1), a été remplacé en septembre 2017 et septembre 2018 dans le cadre de la norme Euro6c par le test WLTP (de l’anglais «Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures»). Ce nouveau test est conçu pour être plus proche des conditions d'utilisation réelles, et a été étendu par une mesure de la pollution et de la consommation en condition de conduite réelle (ou RDE, de l’anglais «Real Driving Environment»). Le test WLTP-RDE s'applique depuis septembre 2017 à tous les véhicules nouveaux à homologuer, et depuis septembre 2018 à tous les véhicules neufs qui pouvaient être vendus dans l’union européenne pendant un an à compter de cette date.
Afin de respecter ces normes toujours plus contraignantes, il convient d’améliorer évidemment les performances des moteurs dans toutes les phases de fonctionnement des véhicules automobiles,i.e., à tous les régimes moteur, afin d’obtenir le maximum de puissance mécanique avec le minimum de carburant consommé. Mais cela ne suffit pas. Il convient également d’améliorer l’efficacité des systèmes de dépollution des gaz d’échappement dont le véhicule est équipé, en particulier du catalyseur d’échappement, en tenant compte notamment de la variation du régime moteur et de la composition variable des gaz d’échappement qui en résulte.
Lors d'une coupure de l'injection dans le moteur d’un véhicule automobile, par exemple, qui peut être consécutive à une commande de décélération du véhicule par le conducteur, le moteur envoie de I'air frais dans le catalyseur d’échappement,i.e., de l’air non mélangé à du carburant. Le catalyseur d’échappement se charge alors en oxygène (O2). A la reprise de l’injection, le mélange dans le catalyseur est donc encore relativement pauvre, en raison de la portion de cet oxygène restant dans le catalyseur d’échappement. Dans ces conditions, les HC et le CO sont bien consommés par le catalyseur d’échappement, mais les NOx ne sont pas traités à 100%. Et cela dure le temps que le catalyseur d’échappement revienne à richesse1, du fait de la consommation progressive de l’oxygène dans ce catalyseur,i.e., le temps de purger l’oxygène en excès accumulé dans le catalyseur d’échappement pendant la coupure d’injection.
Pour répondre à ce problème, la stratégie actuellement mise en œuvre dans les véhicules est d'enrichir les combustions qui suivent la coupure d'injection,i.e., au début de la reprise de l’injection, qui sont destinées à produire à nouveau du couple moteur, afin de purger l’oxygène dans ledit catalyseur. Bien qu’il augmente ponctuellement la consommation de carburant, cet enrichissement permet en effet de consommer l’excès d’oxygène présent dans le catalyseur, donc d’accélérer le retour aux conditions optimales de son fonctionnement, et donc d’améliorer l’efficacité globale de la réduction des gaz polluants.
Le document US2018/0163652A1 divulgue un procédé de contrôle d'un appareil de purification de gaz d'échappement, et plus particulièrement un procédé de contrôle de la purge d'oxygène dans un catalyseur pendant une période de fonctionnement à moteur froid, dans un véhicule comprenant un convertisseur catalytique à trois voies (TWC). Le procédé comprend la détermination d’une condition de coupure de carburant d'un injecteur qui injecte le carburant dans une chambre de combustion. Il comprend aussi le fait d’effectuer une coupure de l’alimentation en carburant de l'injecteur lorsque la condition de coupure de carburant est satisfaite, et la détermination de la charge thermique du catalyseur à trois voies en utilisant un détecteur de température et un détecteur de débit de gaz d'échappement, puis la mesure de la capacité de stockage d'oxygène dans le catalyseur à trois voies en fonction de la charge thermique, et enfin la détermination d’un point d'inflexion en utilisant la variation de valeur de la capacité de stockage d’oxygène en fonction de la charge thermique, et le contrôle de la période de purge de l'oxygène différemment autour du point d'inflexion.
Le document KR20050056586A divulgue quant à lui un procédé de contrôle d'une purge catalytique d'un véhicule. Un mode de réalisation selon ce document concerne une logique de commande de purge de catalyseur pour la réduction des émissions d’oxyde d’azote (NOx) après une coupure de carburant. Une commande en boucle ouverte est réalisée, contrairement au procédé classique d’enrichissement en boucle fermée, afin de purifier le catalyseur par correction du rapport air-carburant (ou rapport A/F, de l’anglais «Air/Fuel ratio») pour effectuer efficacement la purification du catalyseur.
L'invention vise à améliorer encore l’efficacité du fonctionnement d’un catalyseur d’échappement dans le contexte de la purge de l’oxygène qui s’est accumulé dans un catalyseur d’échappement en raison de la coupure d’injection consécutive à une commande de décélération du véhicule par le conducteur.
L'invention propose une solution qui s’applique aux moteurs à essence à injection directe, et qui permet de ramener le catalyseur dans la fenêtre de richesse 1 avant les premières combustions suivant la reprise de l’injection, lesquelles sont destinées à produire du couple moteur en réponse à la demande du conducteur.
A cet effet, un premier aspect de l’invention propose un procédé de purge d’oxygène, à la reprise d’injection, dans un catalyseur d’échappement de véhicule automobile équipé d’un moteur à combustion interne à injection directe et à allumage commandé, comprenant l’injection d’essence à l’échappement, dans au moins un cylindre et pour au moins un cycle à quatre temps dudit cylindre durant la phase d’échappement dudit cycle, en réponse à la détermination d’une reprise d’injection terminant une séquence de fonctionnement du moteur avec coupure d’injection.
Grâce à l’invention, il est possible d’anticiper la purge d’un catalyseur essence, par une injection tardive, avec la soupape d’échappement ouverte et sans allumage, lors de la demande de charge du conducteur après une coupure de carburant, afin que le carburant ainsi injecté dans la ligne d’échappement consomme l’oxygène en excès pour une bonne conversion des NOx, avant d’envoyer des gaz polluants.
Des modes de mise en œuvre, pris isolément ou en combinaison, prévoient en outre que:
-la reprise d’injection peut être déterminée par un front de désactivation d’un signal de coupure d’injection;
-le moteur comprenant une pluralité de cylindres, le cylindre dans lequel est réalisée l’injection à l’échappement est le cylindre qui le premier entre dans la phase d’échappement après la détermination de la reprise d’injection;
-le procédé peut comprendre en outre la détermination d’une première valeur de consigne correspondant à la quantité de carburant à injecter à l’échappement afin de brûler tout l’oxygène accumulé dans le catalyseur d’échappement pendant la séquence de fonctionnement du moteur avec coupure d’injection;
-la première valeur de consigne peut être déterminée, pour le cylindre concerné et pour le cycle concerné, en fonction du débit massique dans la ligne d’échappement et de la quantité d’air frais admise dans le catalyseur d’échappement pendant la période de coupure d’injection;
-si la quantité de carburant à injecter à l’échappement afin de brûler tout l’oxygène accumulé dans le catalyseur d’échappement pendant la séquence de fonctionnement du moteur avec coupure d’injection ne peut être injectée dans le cylindre concerné pendant la phase d’échappement d’un unique cycle, l’injection peut être poursuivie dans le même cylindre durant la phase d’échappement du cycle suivant, et/ou simultanément dans un ou plusieurs autres cylindres du moteur, le cas échéant, avec un décalage de phase correspondant par rapport au cylindre concerné;
-le moteur comprenant un dispositif de distribution variable, VVT, en service, l’injection durant la phase d’échappement d’un cycle à quatre temps du cylindre peut être stoppée avant l’ouverture d’une soupape d’admission dudit cylindre pour la phase d’admission suivant ladite phase d’échappement; et/ou,
-le procédé peut comprendre en outre la détermination d’une seconde valeur de consigne correspondant, pour le cylindre concerné et pour le cycle concerné, à l’arrêt de l’injection pendant la phase d’échappement avant l’ouverture d’une soupape d’admission du cylindre pour le cycle d’admission suivant.
Dans un second aspect, l’invention a également pour objet un calculateur de gestion d’un moteur d’un véhicule automobile hybride comprenant des moyens adaptés pour exécuter toutes les étapes du procédé selon le premier aspect ci-dessus.
Dans un troisième aspect, l’invention a également pour objet un produit programme d'ordinateur comprenant une ou plusieurs séquences d'instructions stockées sur un support de mémoire lisible par une machine comprenant un processeur, lesdites séquences d'instructions étant adaptées pour réaliser toutes les étapes du procédé selon le premier aspect de l'invention lorsque le programme est lu dans le support de mémoire et exécuté par le processeur.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels:
la figure 1 est un schéma simplifié d’un moteur à combustion interne à injection directe, avec ses moyens d’alimentation et avec sa ligne d’échappement, auquel les modes de réalisation de l’invention peuvent être appliqués;
la figure 2 est un schéma, en coupe, d’un cylindre du moteur de la figure 1;
la figure 3 est un diagramme de temps illustrant des modes de réalisation du procédé selon l'invention en référence aux quatre temps d’un cycle complet dans un cylindre du moteur à quatre temps de la figure 1;
la figure 4 est un diagramme avec trois courbes donnant l’allure, en fonction du temps, d’un signal de commande de l’injection (en bas), de la quantité de NOx émise en sortie du catalyseur d’échappement (au centre), et de la consigne de richesse du mélange gazeux dans ledit catalyseur (en haut), avant et après la reprise de l’injection; et,
la figure 5 est un diagramme d’états représentant les différents états d’une machine d’états illustrant le fonctionnement d’un dispositif selon des modes de réalisation de l'invention.
Dans la description de modes de réalisation qui va suivre et dans les Figures des dessins annexés, les mêmes éléments ou des éléments similaires portent les mêmes références numériques aux dessins.
Les modes de réalisation seront décrits en référence à un moteur à essence,i.e., un moteur à allumage commandé, auquel le principe de l’invention et les modes de réalisation proposés s’appliquent. Également, les exemples montrés correspondent à un moteur à quatre cylindres et à huit soupapes (à savoir une soupape d’admission et une soupape d’échappement par cylindre), mais l’invention n’entend pas être limitée à ces exemples. Elle peut en effet s’appliquer, également, à un moteur à quatre cylindres à douze ou à seize soupapes, par exemple, aussi bien qu’à un moteur à un, deux, trois, cinq, six ou huit cylindres, ou plus encore.
En référence au schéma de lafigure 1, un moteur à combustion interne 1 de véhicule automobile comprend un bloc-moteur 2, par exemple en fonte, avec des cylindres creux 3 formés par moulage dans le bloc-moteur 2. Dans l’exemple tel que montré à la figure, le moteur comprend quatre tels cylindres 3. Les moyens d’alimentation du moteur (en air et en essence) sont représentés sur la gauche du moteur, à la figure. La ligne d’échappement est représentée à droite.
L'alimentation en essence du moteur, qui consiste à acheminer (directement ou un peu en amont) l’essence dans la chambre de combustion des cylindres, est ici réalisée par un dispositif d'injection directe d’essence à commande électronique. L’injection d’essence a, dans le domaine automobile, progressivement remplacé l’alimentation par carburateur pour tous les types de moteurs au cours des années 1970-80, pour des raisons de meilleur rendement du moteur afin d’adresser les problèmes soulevés par la pollution atmosphérique et de respecter les normes anti-pollution émergentes, surtout avec l’utilisation de calculateurs électroniques d’injection.
Dans le cas d’un moteur à injection directe comme représenté à la figure 1, l’essence est directement pulvérisée dans la chambre de combustion de chaque cylindre 3 au moyen d’un injecteur 4 pour chacun des quatre cylindres 3. Ces quatre injecteurs 4 sont agencés, et adaptés pour pulvériser du carburant directement dans la chambre de combustion des cylindres 3, sous la commande d’un calculateur, ou calculateur d’injection 100. Le calculateur 100 peut être le calculateur de contrôle moteur (ou ECU, de l’anglais «Engine Control Unit»), ou être compris dans cet ECU. Le mélange air-carburant est réalisé directement dans ladite chambre de combustion, avec de l’air admis par l’intermédiaire d’un collecteur d’admission d’air 15, via le papillon des gaz 16. Cet air admis apporte l’oxygène nécessaire à la combustion du carburant dans la chambre de combustion des cylindres. Le papillon des gaz permet au conducteur de commander l’accélération du moteur via une plus grande ouverture du papillon (laissant entrer plus d’air) ou, inversement, la décélération du moteur via une moindre ouverture du papillon (laissant entrer moins d’air). Le calculateur 100 dose la quantité de carburant injecté, en fonction de la position du papillon 16 qui résulte de la commande du conducteur par l’intermédiaire de la pédale d’accélération du véhicule, de la charge et du régime du moteur, de manière à respecter sensiblement la proportion stœchiométrique (richesse plus ou moins égale à 1, essentiellement selon la charge du moteur, et selon d’autres paramètres comme la température en cas de démarrage à froid par exemple). Plus la quantité de mélange formé et brûlé dans les cylindres est importante, plus le moteur tourne vite, et réciproquement.
Les injecteurs 4 sont alimentés en carburant sous pression par une rampe d’injection, par exemple une rampe d’injection 17 commune aux quatre cylindre 3, avec du carburant prélevé dans le réservoir de carburant 5 par une pompe 6. Dans l’exemple représenté, cette pompe 6 est une pompe immergée, mais cela n’est pas obligatoire. Le carburant est maintenu dans la rampe d’injection 17 à une haute pression de valeur déterminée, par un régulateur de pression 7.
Les gaz brûlés dans les cylindres 3 sont collectés et traités par un circuit d’échappement 10, ou lige d’échappement, avant d’être rejetés mis dans l’atmosphère. Le circuit d’échappement 10 comprend, en chaîne, un collecteur d’échappement 11, un catalyseur d’échappement, et un pot d’échappement 13. Dans l’exemple représenté, le pot d’échappement 13 est réduit à un silencieux, mais il peut aussi comprendre, en plus du silencieux, un pot de détente ou pot intermédiaire, en amont du silencieux dans la chaîne d’échappement. Le catalyseur d’échappement 12 peut être un convertisseur catalytique à trois voies (TWC), adapté pour traiter les hydrocarbures imbrûlés (HC), le monoxyde de carbone (CO) et les oxydes d’azote (NOx) dont le monoxyde d’azote (NO) et le dioxyde d’azote (NO2).
Comme représenté maintenant à lafigure 2qui montre, en coupe, un cylindre du moteur de la figure 1, chaque cylindre 3 du moteur 1 comprend un piston 21 qui peut se déplacer longitudinalement par exemple selon la verticale (de bas en haut, et réciproquement) dans le cylindre 3. Dans ce mouvement alternatif, le piston 21 entraîne en rotation le vilebrequin 20 du moteur par l’intermédiaire d’une bielle 22.
Le volume intérieur du cylindre 3 qui est situé au-dessus du piston 21 constitue la chambre de combustion 25. Cette chambre 25 est hermétiquement fermée en haut par la culasse 11, en bas par le piston 21 doté d’une série de trois joints annulaires superposés appelés «segments», et sur les côtés par les parois du cylindre 3.
Cependant, au moins une soupape d’admission 26 et au moins une soupape d’échappement 27 peuvent ouvrir la chambre de combustion 25 vers le collecteur d’admission 15 ou vers le collecteur d’échappement 11, respectivement, pour l’admission de l’air frais ou pour l’échappement des gaz brûlés, respectivement. Le mouvement des soupapes d’admission et des soupapes d’échappement est commandé, de façon coordonnée, par le dispositif de distribution (non représenté) du moteur.
En outre, l’injecteur 4 est agencé à travers la culasse 11 de manière que sa buse d’injection débouche directement dans le haut de la chambre de combustion 25, de manière adjacente aux soupapes 26 et 27.
De même, pour un moteur à essence, une bougie d’allumage 8 est également agencée à travers la culasse 11 de telle sorte que sa tête de bouge débouche dans le haut de la chambre de combustion 25, de manière adjacente aux soupapes 26 et 27, et à l’injecteur 4. La bougie d’allumage 8 est adaptée pour, et commandée de manière à produire l’étincelle qui provoque l’inflammation du mélange air-carburant au bon moment du cycle du mouvement alternatif du piston 21. Cette étincelle, qui se produit juste un peu avant le moment où la compression du mélange est maximum en raison de la position du piston dans le haut du cylindre 3, provoque l’explosion du mélange dans la chambre de combustion 25. Cette explosion repousse brutalement le piston 21 vers le bas, ce mouvement de translation souvent la verticale étant transformé en un couple moteur rotatif au niveau du vilebrequin 20 par la bielle 22.
On va maintenant décrire plus en détail, en référence à la partie haute du diagramme de laFigure 3, qui est repérée par la lettre (a), un cycle complet d’un moteur à combustion interne à quatre temps de véhicule automobile, seulement dans la mesure utile à la compréhension des modes de réalisation de l’invention. Un cycle complet, pour un cylindre donné, comprend quatre phases. Les quatre phases sont, l’admission, la compression, l’explosion-détente, et l’échappement, et sont repérées à la figure par les chiffres un à quatre notés en chiffres romains,i.e., I, II, III et IV, respectivement. Ces quatre phases se répètent en séquences successives, chaque séquence (aussi appelée «segment» dans le jargon de l’homme du métier) correspondant à deux tours du vilebrequin 20. A la figure 3, ces quatre phases sont illustrées côté-à-côte, de la gauche vers la droite, en partie haute (a) de la figure. Pour des raisons liées à l’exposé de modes de réalisation, toutefois, la phase IV est représentée avant la phase I, au plus à gauche de la figure, et est suivie des phases I, II et III, dans cet ordre. En outre les vues simplifiées, en coupe, d’un même cylindre 3 avec son piston et ses soupapes d’admission et d’échappement positionnées à chaque fois comme il va maintenant être présenté en détail ci-dessous, ne montrent pas l’injecteur ni la bougie afin de ne pas inutilement surcharger la figure. A cette figure 3, en outre, la soupape d’admission est représentée à gauche et la soupape d’échappement est représentée à droite du cylindre, pour chaque phase I, II, III et IV du cycle du moteur à quatre temps.
Lors de la phase d’admission I, la soupape d’admission 26 s’ouvre et laisse pénétrer de l’air frais avec de l’oxygène (O2), dans la chambre de combustion au-dessus du piston 21. L’entrée de cet air frais est facilitée par le mouvement du piston 21 vers le bas, qui crée une aspiration dans la chambre de combustion du cylindre. Simultanément, le calculateur d’injection peut ou non commander, en fonction de la charge du moteur et de la demande d'accélération par le conducteur, l’injection d’essence dans la chambre de combustion par l’injecteur 4 de la figure 2 (non visible à la figure 3). Le cas échant, le mélange air/essence se forme alors directement dans le cylindre. Le piston, dans sa course descendante, aspire ce mélange vers le bas, en sorte que le mélange se répartit sensiblement uniformément dans toute la chambre de combustion. Au cours de cette phase d’admission I, le piston 21 passe du Point Mort Haut (PMH, ou TDC de l’anglais «Top Dead Center») au Point Mort Bas (PMB, ou BDC de l’anglais «Bottom Dead Center»). Pendant cette course, le vilebrequin 20 effectue un demi-tour. Le vilebrequin 20 entraîne, par l’intermédiaire de la courroie de distribution, les cames solidaires de l’arbre à cames (non représenté). C’est une de ces cames qui provoque l’ouverture de la soupape d’admission 26 au début de la phase I et qui cause sa fermeture à la fin de ladite phase. D’autres cames sont associées aux autres soupapes du moteur afin d’en commander l’ouverture et la fermeture en fonction des différentes phases du cycle à quatre temps, pour chaque cylindre.
Lors de la phase de compression II, la soupape d’admission 26 et la soupape d’échappement 27 restent fermées. Le piston 21 remonte vers le haut, passant du BDC au TDC, et le vilebrequin effectuant un nouveau demi-tour, dans le même sens que précédemment. Le mélange gazeux dans la chambre de combustion au-dessus du piston 21, dont le volume rétrécit à mesure que le piston 21 remonte, est comprimé du fait de la remontée dudit piston 21. Juste avant que le piston n’atteigne le TDC à la fin de la phase de compression II, une étincelle 45 est commandée au niveau de la bougie 8 de la figure 2 (non représentée à la figure), qui enflamme le mélange air-essence sous pression dans la chambre de combustion.
Dans la phase d’explosion III, la combustion du mélange provoquée par l’étincelle au niveau de la bougie, génère une explosion dans la chambre de combustion, laquelle repousse violemment le piston 21 vers le bas du cylindre, es soupapes 26 et 27 restant fermées. Le piston 21 passe du TDC au BDC en exerçant un couple moteur sur l’arbre du vilebrequin via la bielle. Le vilebrequin tourne encore d’un demi-tour pendant cette phase.
Enfin, durant la phase d’échappement IV, la soupape d’échappement 27 s’ouvre alors que la soupape d’admission 26 reste fermée, et le piston 21 remonte dans le cylindre, en passant du BDC au TDC. En remontant, le piston réduit le volume de la chambre de combustion, ce qui chasse les gaz brûlés vers le circuit d’échappement 10 de la figure 1, via la soupape d’échappement 27. Le vilebrequin accomplit alors son quatrième demi-tour, ce qui complète le cycle.
Bien entendu, un cycle suivant est alors accompli pour le même cylindre, avec à nouveau les phases I, II, III et IV, dans cet ordre, et ainsi de suite. En outre, des cycles identiques sont accomplis en parallèle dans les autres cylindres du moteur, avec un décalage de phases entre les cylindres, deux-à-deux. La position ouverte ou fermée des soupapes d’admission et d’échappement dans chaque cylindre est commandée par la rotation des cames entraînées par l’arbre à came; lequel n’accomplit qu’un tour par cycle, alors que le vilebrequin accomplit deux tours par cycle ainsi qu’il a été dit et exposé ci-dessus.
Dans la partie centrale (b) de la figure 3, la courbe 41 représente l’évolution en fonction de l’angle de came θ (en degrés), de la position de la soupape d’échappement 27. La courbe 44 représente, de la même manière, l’évolution de la position de la soupape d’admission 26. On parlera de ce fait de positions angulaires du moteur pour identifier les positions de la soupape par référence au cycle, lequel dure 360° si l’on parle plus particulièrement de l’angle de rotation de l’arbre à cames, ou 720° si l’on parle de l’angle de rotation du vilebrequin.
Comme on le voit sur la courbe 44, la soupape d’admission 26 s’ouvre progressivement, au début de la phase d’admission I lorsque le piston 21 quitte le point mort haut TDC, à partir d’une position angulaire IVO du moteur (mis pour «Intake Valve Opening» qui signifie ouverture de la soupape d’admission, en anglais), pour atteindre son ouverture maximale sensiblement au milieu de la phase I, et pour se refermer ensuite progressivement et être complètement fermée à la position angulaire IVC du moteur (mis pour «Intake Valve Closi ng» qui signifie fermeture de la soupape d’admission, en anglais) lorsque le piston 21 atteint le point mort bas BDC à la fin de la phase I.
De manière similaire, la courbe 41 montre que la soupape d’échappement 27 s’ouvre progressivement, au début de la phase d’échappement II lorsque le piston 21 quitte le point mort bas BDC, à partir d’une position angulaire EVO du moteur (mis pour «Exhaust Valve Opening» qui signifie ouverture de la soupape d’échappement, en anglais), pour atteindre son ouverture maximale sensiblement au milieu de la phase II, et pour se refermer ensuite progressivement et être complètement fermée à la position angulaire EVC du moteur (mis pour «Exhaust Valve Closi ng» qui signifie fermeture de la soupape d’échappement, en anglais), lorsque le piston 21 atteint le point mort haut TDC à la fin de la phase II.
On va maintenant décrire des modes de mise en œuvre du procédé selon l’invention, en référence tout d’abord à la partie basse (c) de la figure 3, puis en référence à la machine d’état de la figure 5.
Au préalable, l’homme du métier appréciera qu’à chaque instanttil existe un léger le décalage de la courbe 41 de l’ouverture de la soupape d’échappement et de la courbe 44 de l’ouverture de la soupape d’admission. La courbe 41 est en fait remplacée par la courbe 42, qui est une image de la courbe 41 avec un léger retard angulaire, et la courbe 44 est remplacée par la courbe 43 qui est une image de la courbe 44 avec une légère avance angulaire. Ces décalages résultent du dispositif de distribution variable connu sous l’acronyme VVT (mis pour «Variable Valve Timing»). La distribution variable est une technologie permettant de faire varier plusieurs paramètres dans un moteur à combustion interne: non seulement le calage (comme représenté), mais aussi la durée d'ouverture et/ou la levée («Variable Valve Lift» en anglais) des soupapes d'admission et d'échappement. Ces paramètres varient essentiellement en fonction du régime et de la charge du moteur, et de la demande d'accélération. A la figure 3, on note IVO’, IVC’, EVO’ et EVC’ les positions angulaires qui correspondent aux positions angulaires IVO, IVC, EVO et EVC, respectivement, compte tenu de la distribution variable lorsqu’un dispositif VVT est en service.
La distribution variable procure un couple important à bas régime, une forte puissance à haut régime, un meilleur rendement et une moindre pollution. Avantageusement, les modes de réalisation de l’invention sont compatibles avec la distribution variable, qui tourne en parallèle et de façon autonome par rapport à la mise en œuvre du procédé selon l’invention. Il en est simplement tenu compte, via un paramètre EOI_SP référencé 47 à la figure 3, sur lequel on reviendra plus loin.
En Référence maintenant à lafigure 4, on va décrire ce qui se passe dans la ligne d’échappement, et plus particulièrement dans le catalyseur d’échappement, à la reprise de l’injection.
A la figure 4, la courbe du bas représente un signal PUC de commande de la coupure d’injection en fonction du temps, sur un intervalle de temps de 9secondes(s), par exemple, entre les instants t=3s et t=12s. Le signal PUC est un signal logique binaire. Dans l’exemple représenté, ce signal est actif à l’état haut, c’est-à-dire que l’injection de carburant dans les cylindres du moteur est coupée lorsque le signal PUC est à l’état logique haut (valeur logique «1»), alors que l’injection est assurée lorsque le signal PUC est à l’état logique bas (valeur logique «0»). Ce signal est généré, par exemple, par le calculateur d’injection 100 de la figure1. C’est par exemple un signal interne audit calculateur. Il a pour fonction de bloquer la commande des étages d’attaque («drivers» en anglais) des injecteurs comme l’injecteur 4 de la figure2, en fonction des besoins de puissance du moteur. En outre, ce signal peut également empêcher l’allumage, étant donné qu’il ne sert à rien de provoquer des étincelles d’allumage par les bougies d’allumage alors qu’aucun carburant n’est injecté dans les cylindres. L’exposé de modes de réalisation de ces mécanismes sortirait du cadre de la présente description, mais l’homme du métier appréciera qu’ils peuvent être mis en œuvre au niveau logiciel et/ou au niveau matériel grâce à une logique combinatoire ad-hoc.
Dans l’exemple représenté, le calculateur commande la coupure de l’injection à l’instant t=4s, en faisant passer le signal PUC de la valeur logique 0 à la valeur logique 1. Dit autrement, le front montant du signal PUC est ici le front d’activation du signal de coupure d’injection. Et le calculateur commande ensuite la reprise de l’injection, symbolisée par une flèche épaisse 34 tournée vers le bas, en haut de la figure 4, en ramenant le signal PUC à la valeur logique «0», à l’instant t=6s. Dit autrement, la reprise d’injection 34 se produit en réponse à un front descendant 31 du signal PUC, comme montré à la figure 4, qui est donc un front de désactivation du signal de coupure d’injection.
Entre les instants t=4s et t=6s, de l’air frais (chargé d’oxygène) a été admis dans les cylindres du moteur, pendant la phase d’admission I de chaque cycle à quatre temps dans chaque cylindre, sans injection correspondante de carburant dans les chambres de combustion, et sans déclenchement d’étincelle d’allumage. Il s’ensuit que cet air frais est évacué dans la ligne d’échappement 10 (figure 1), jusqu’au catalyseur d’échappement 12.
En conséquence, la richesse du mélange gazeux dans le catalyseur d’échappement 12 diminue. Le coefficient lambda (λ) mesuré dans le catalyseur, qui caractérise le mélange gazeux au sein de ce catalyseur, augmente. Il peut ainsi atteindre la valeur λ=3, par exemple, pendant la coupure d’injection. La courbe en haut de la figure 4 donne l’évolution, en fonction du temps, du coefficient lambda (λ) dans le catalyseur demandé par le calculateur, c’est-à-dire la consigne déclenchée par le calculateur afin de ramener vers l’unité (λ=1) le coefficient lambda qui serait mesuré dans le catalyseur. Comme on le voit sur cette courbe, la valeur de la consigne diminue après la fin de la coupure d’injection: elle passe de environ λ=1 à environ λ=0,9 dans l’exemple montré. Et elle met une certaine durée 32 à revenir à λ=1, après la reprise de l’injection 34. En effet, la teneur en oxygène dans le catalyseur diminue progressivement après la fin de la coupure d’injection, grâce aux réactions physico-chimiques qui ont lieu dans le catalyseur d’échappement 12 de la figure 1, et qui consomment de l’oxygène, comme notamment des combustions de gaz imbrûlés ou imparfaitement brûlés qui atteignent le catalyseur 12 depuis le moteur 1.
Comme il a été dit en introduction, tant que le mélange gazeux dans le catalyseur d’échappement est pauvre, le traitement des NOx dans ce catalyseur est moins efficace. Il s’ensuit que, après la reprise de l’injection 34, il se produit une augmentation du rejet dans l’atmosphère de NOx en sortie du catalyseur. Ceci est représenté par le pic 33 sur la courbe au milieu de la figure 4, qui donne la quantité (en ppm, c’est-à-dire en nombre de particules par million) de NOx rejetée dans l’atmosphère en sortie de la ligne d’échappement 10 de la figure 1. Cette quantité passe ponctuellement d’environ 0ppm à environ 30ppm, au maximum, suite à la reprise de l’injection 34. Et elle diminue ensuite lentement pour revenir à 0ppm à environ t=12s.
Afin d’accélérer le retour à λ=1 dans le catalyseur, il est connu dans l’art antérieur d’augmenter la richesse du mélange gazeux dans les cylindres du moteur après la reprise d’injection au-delà de ce qui est nécessaire pour produire le couple moteur requis à ce moment-là, afin que les gaz qui arrivent dans le catalyseur d’échappement soient plus chargés en hydrocarbure (HC) imbrûlés. Cela permet de consommer plus rapidement l’excès d’oxygène dans le catalyseur via les réactions physico-chimiques qui s’y produisent à température élevée. Cette purge de l’oxygène dans le catalyseur se fait au détriment de la consommation, puisqu’elle passe par un enrichissement du mélange air-carburant dans le moteur au-delà de ce qui est requis par le fonctionnement du moteur à la reprise de l’injection. Mais elle accélère le retour du catalyseur d’échappement à ses conditions de fonctionnement optimales, et donc elle permet de limiter l’émission de NOx dans l’atmosphère à la reprise de l’injection.
Les modes de réalisation de l’invention offrent une alternative à, ou plutôt une variante de cette stratégie, qui permet d’anticiper la purge du catalyseur en apportant des hydrocarbures (HC) imbrûlés dans le catalyseur d’échappement, et ce avant même l’arrivée de gaz brûlés consécutive à la reprise de l’injection ainsi qu’il sera explicité plus loin. Cet apport d’hydrocarbures (essence) permet de consommer l’oxygène accumulé dans le catalyseur à la fin de la période de coupure d’injection, étant donné que ces hydrocarbures sont automatiquement brûlés dans le catalyseur qui se trouve à haute température, cette combustion s’accompagnant de la consommation de l’oxygène présent dans ledit catalyseur. Moyennant quoi, la purge de l’oxygène accumulé dans le catalyseur durant la période de coupure d’injection est immédiate et rapide. Le catalyseur revient donc plus rapidement à ses conditions de fonctionnement optimales pour le traitement des NOx contenus dans les gaz brûlés provenant des cylindres du moteur, qui résultent de la reprise de l’injection 34 pour générer du couple moteur. Cela permet d’accélérer le retour aux proportions stœchiométriques (λ=1) du mélange gazeux dans le catalyseur d’échappement 12, et donc de supprimer ou du moins réduire l’intensité du pic 33 d’émission de NOx dans l’atmosphère après la reprise de l’injection 34.
En pratique, l’apport d’hydrocarbures dans le catalyseur d’échappement est obtenu en injectant de l’essence (dans au moins un cylindre du moteur, pendant la phase d’échappement IV du cycle à quatre temps. La soupape d’échappement 27 du cylindre étant ouverte durant cette phase IV ainsi qu’il a été exposé ci-avant en référence à la partie haute (a) de la figure 3, l’essence ainsi injectée est intégralement expulsée dans la ligne d’échappement 10, sans combustion, et rejoint le catalyseur d’échappement 12. Cette injection à l’échappement est «contre nature» pour l’homme du métier, mais elle permet selon l’invention d’anticiper la purge de l’oxygène dans le catalyseur d’échappement ainsi qu’exposé dans le paragraphe ci-dessus.
Cette injection à l’échappement est symbolisée par la flèche épaisse horizontale 46, dans la partie basse (c) de la figure 3.
Le cylindre concerné par cette injection à l’échappement 46 est par exemple sélectionné, le cas échéant parmi la pluralité de cylindres du moteur, comme étant le cylindre qui le premier entre dans la phase d’échappementIV après l’occurrence de la reprise d’injection, c’est-à-dire après la détection du front descendant 31 du signal PUC (cf.figure 4, courbe du bas). Ceci permet d’accélérer la purge d’oxygène dans le catalyseur.
Ainsi qu’il a déjà été évoqué plus haut, cette injection à l’échappement peut même intervenir, durant la première phase d’échappement IV qui suit le front descendant 31 du signal PUC (cf.figure 4, courbe du bas), avant même l’arrivée de gaz brûlés consécutive à la reprise de l’injection durant la première phase d’admission I qui suit ledit front descendant, s’il advient que le premier se produit avant le second, selon le phasage du moteur au moment où se présente ce front descendant.
Dit autrement, l’injection à l’échappement 46 ainsi réalisée traverse la soupape d’échappement (qui est ouverte durant la phase IV) avant même l’injection 49 durant la première phase d’admission I pour le cylindre concerné qui suit le front descendant 31 du signal PUC (cf.figure 4, courbe du bas), ladite injection 49 étant une injection «normale» destinée à générer du couple moteur et étant suivie du déclenchement d’un étincelle d’allumage 45 à la fin de la phase de compression II qui suit. La purge du catalyseur intervient donc avant même la génération de gaz brûlés à traiter dans le catalyseur.
L’homme du métier appréciera que la durée de l’injection 46 ainsi réalisé pour un cycle (i.e., un segment) déterminé du cylindre concerné, ne peut excéder la durée de la phase d’échappement, laquelle est définie entre le début EVO et la fin EVC de l’ouverture de la soupape d’échappement 27. On rappelle que ces limites EVO et EVC peuvent être exprimées, comme indiqué précédemment, en degrés accumulés de la rotation du vilebrequin, par exemple. Si la quantité d’essence à injecter de cette manière afin de brûler tout l’oxygène accumulé dans le catalyseur d’échappement 12 ne peut être injectée dans le cylindre concerné pendant la phase d’échappement d’un unique cycle ou segment, l’injection peut être poursuivie dans le même cylindre durant la phase d’échappement du segment suivant. En variante ou en complément, une telle injection à l’échappement peut être réalisé simultanément dans un ou plusieurs autres cylindres du moteur, le cas échéant (dans la limite bien entendu du nombre de cylindres que comporte le moteur, et avec un décalage de phasead-hocpar rapport au premier cylindre concerné).
Le procédé de purge du catalyseur d’échappement selon des modes de mise en œuvre de l’invention va maintenant être décrit, en référence au graphe de la machine d’états de laFigure 5. Cette machine d’états est un moyen graphique de décrire le fonctionnement d’un dispositif qui met en œuvre les étapes d’un procédé. Ce dispositif peut être matériel et/ou logiciel. Dans un exemple de mode de mise en œuvre de l’invention, le dispositif est essentiellement logiciel, c’est-à-dire qu’il est réalisé sous la forme d’un programme d’ordinateur qui comprend des instructions qui, lorsque le programme est chargé dans la mémoire d’un ordinateur et exécuté par un calculateur de l’ordinateur, sont adaptées pour exécuter les étapes du procédé.
Sur le graphe de la figure 5 et dans ce qui suit, les notations suivantes sont utilisées:
-N désigne la vitesse de rotation du moteur, laquelle correspond conventionnellement à la vitesse de rotation du vilebrequin du moteur, exprimée en nombre de tours par minute (tr/min);
-MFL_INT_REAC désigne la valeur, exprimée en nombre de grammes (g), du débit massique d’air dans le catalyseur intégrée sur la durée écoulée après la période de coupure d’injection; dit autrement, c’est la quantité de gaz qui s’est écoulée à travers le catalyseur depuis la fin de la coupure d’injection,i.e., depuis la reprise de l’injection;
-MFL_CAT_CBK désigne la valeur, exprimée en nombre de kilogrammes par heure (kg/h), du débit massique dans la ligne d’échappement;
-MAF_INT_PUC désigne la quantité d’air frais, exprimée en nombre de grammes (g), admise dans le catalyseur d’échappement pendant la période de coupure d’injection;
-MFF_SP désigne une valeur de consigne (appelée «Mass Fuel SetPoint» en anglais), exprimée en milligrammes par segment (mg/segment), de la quantité de carburant à injecter à l’échappement pour un cylindre donné et pour un cycle (ou segment) donné, afin de brûler tout l’oxygène accumulé dans le catalyseur d’échappement pendant la période de coupure d’injection, c’est-à-dire pendant la séquence de fonctionnement du moteur avec coupure d’injection;
-EOI_SP désigne une valeur de consigne (appelée «End of Injection SetPoint» en anglais), exprimée en nombre de degrés de la rotation du vilebrequin, qui permet de déterminer pour un cylindre donné et pour un cycle (ou segment) donné, l’instant (i.e., la position angulaire du vilebrequin exprimée en nombre de degrés accumulés depuis une valeur de référence déterminée) auquel il faut, au maximum, avoir arrêté l’injection de carburant à l’échappement (i.e., pendant la phase d’échappement IV du cycle à quatre temps du moteur, c’est-à-dire pendant la phase dudit cycle durant laquelle la soupape d’échappement est ouverte). Cette valeur de consigne est définie pour un cycle déterminé et pour un cylindre concerné par l’injection à l’échappement selon l’invention; et,
-Seg_counter désigne la valeur courante d’un compteur de segments, c’est-à-dire du nombre de cycle à quatre temps accomplis dans le moteur (tous cylindres confondus), après la période de coupure d’injection; ce compteur est ré-initialisé à la reprise de l’injection, en réponse au front descendant 31 du signal PUC. Ce paramètre permet de tenir compte de l’injection à l’échappement déjà réalisée dans le (ou les cas échéant dans les) autre(s) cylindre(s). On rappelle en effet que des cycles (ou segments) s’effectuent en parallèle pour tous les cylindres du moteur. Le compteur se segments agrège le comptage des cycles réalisés par chacun des cylindres, respectivement.
En référence à la Figure 5, la machine d’états comprend un état 51 dans lequel on surveille le signal de coupure d’injection PUC. Plus particulièrement, on scrute l’apparition d’un front descendant 31 de ce signal (voir partie basse de la figure 4).
En l’absence de détection d’un front descendant du signal PUC, il y a deux cas: soit le signal PUC est actif (car il est à l’état logique haut, correspondant à la valeur logique 1), soit il n’est pas actif (car il est à l’état logique bas, correspondant à la valeur logique 0).
Le premier cas (PUC=1) signifie que l’injection est coupée. On ne cherche pas à générer du couple moteur par des combustions dans les cylindres. Il n’y a donc pas d’essence injectée lors des phases d’admission I, et il n’y a corollairement pas d’étincelle générée à la fin des phases de compression III, dans chaque cylindre. Dans le cadre de la mise en œuvre du procédé de purge du catalyseur, la machine d’état passe dans l’état 52, dans lequel il n’y a pas non plus de carburant additionnel injecté dans les cylindres lors de la phase d’échappement IV. Et la machine revient dans l’état 51, pour scruter l’apparition d’un front descendant 31 du signal de coupure d’injection PUC. Ceci est symbolisé par une flèche en trait discontinu entre l’état 52 et l’état 51, à la figure.
Le second cas (PUC=0) signifie que la coupure d’injection est terminée. On cherche donc à nouveau à générer du couple moteur par des combustions dans les cylindres. A cet effet, la machine d’état passe dans l’état 53 dans lequel de l’essence est injectée dans les cylindres lors des phases d’admission I du cycle à quatre temps et des étincelles sont générées à la fin des phases de compression II, dans chaque cylindre. Dit autrement, on sort alors de la mise en œuvre du procédé de purge du catalyseur d’échappement selon l’invention. On ne revient à la mise en œuvre de ce procédé, que lors de l’apparition d’un front montant du signal PUC, c’est-à-dire lorsque le signal PUC repasse à l’état logique haut (PUC=1) ce qui signifie qu’une nouvelle coupure d’injection se produit. Ceci est symbolisé par une flèche en trait discontinu entre l’état 53 et l’état 51, à la figure.
Inversement, en cas de détection d’un front descendant 31 du signal PUC lorsque la machine d’état est dans l’état 51, alors la machine d’état passe dans l’état 54.
Dans l’état 54, on compte le nombre Seg_Cntr de cycles à quatre temps du moteur (aussi appelés segments) qui ont été réalisés depuis la réinitialisation du compteur correspondant, laquelle est effectuée en réponse à la détection du front descendant 31 du signal PUC. En outre, un seuil Th de ce nombre de cycles est calculé à partir au moins des deux informations MAF_INT_PUC et MFL_INT_REAC, c’est-à-dire en fonction de la quantité d’air frais qui a été admise dans le catalyseur d’échappement durant la période de coupure d’injection et de la valeur du débit massique d’air dans le catalyseur intégrée sur la durée écoulée depuis la fin de la coupure d’injection, respectivement. Le seuil Th est par exemple déterminé via une cartographie à deux dimensions, ayant deux entrées correspondant aux informations MAF_INT_PUC et MFL_INT_REAC, respectivement.
D’un point de vue fonctionnel, le seuil Th correspond au nombre de cycles du moteur (i.e., de segments) qui sont considérés nécessaires pour purger le catalyseur d’échappement de l’oxygène qui s’y est accumulé durant la période de coupure d’injection. La cartographie peut être stockée dans une mémoire du calculateur d’injection 100 de la figure 1. Elle peut résulter de tests et de mesures réalisées en laboratoire durant une phase de développement du dispositif.
Toujours dans l’état 54, on compare la valeur courante Seg_Cntr du compteur de segments au seuil Th, afin de détecter le dépassement de ce seuil, le cas échéant.
Si la valeur courante Seg_Cntr est inférieure au seuil (Seg_Cntr<Th), alors le catalyseur d’échappement n’est pas considéré comme purgé de l’oxygène qu’il contient, et la machine d’état passe dans l’état 55 dans lequel une action spécifique est mise en œuvre pour réaliser cette purge. Si inversement la valeur courante Seg_Cntr est supérieure au seuil (Seg_Cntr>Th), alors cela signifie que la purge est considérée comme terminée et on revient à l’état 51 afin de surveiller la fin d’une prochaine coupure d’injection.
Dans l’état 55 de la machine d’état, on détermine les valeurs de consigne MFF_SP et EOI_SP, qui définissent les caractéristiques de l’injection de carburant à l’échappement selon l’invention.
La consigne MFF_SP est par exemple déterminée en fonction des paramètres MFL_CAT_CBK et MFL_INT_PUC, c’est-à-dire en fonction du débit massique dans la ligne d’échappement et de la quantité d’air frais admise dans le catalyseur d’échappement pendant la période de coupure d’injection, respectivement, en tenant compte éventuellement de la valeur courante Seg_Cntr du compteur de segments. L’homme du métier appréciera qu’on tient compte, en effet, de la valeur courante Seg_Cntr du compteur de segments pour la détermination de la consigne MFF_SP pour un cylindre donné parmi la pluralité de cylindres du moteur le cas échéant, alors qu’une injection à l’échappement a déjà été déjà réalisée pour au moins l’un des autres cylindres. La valeur de la consigne MFF_SP est par exemple déterminé via une cartographie à deux dimensions, ayant deux entrées correspondant aux informations MFL_CAT_CBK et MFL_INT_PUC, respectivement, et peut être corrigée en fonction de la valeur courante du compteur Seg_Cntr. En variante, la cartographie peut être une cartographie à trois dimensions et avoir trois entrées correspondant aux informations MFL_CAT_CBK, MFL_INT_PUC et Seg_Cntr, respectivement. Dans tous les cas, la cartographie peut être stockée dans une mémoire du calculateur d’injection 100 de la figure 1. Elle peut résulter de tests et de mesures réalisées en laboratoire durant une phase de développement du dispositif.
La consigne EOI_SP est par exemple déterminée en fonction de la valeur N de la vitesse de rotation du moteur, et être corrigée en fonction d’une valeur d’angle θ(VVT) correspondant au décalage angulaire de l’ouverture de la soupape d’ouverture 26 introduit par le dispositif de distribution variable (VVT). Comme il a déjà été évoqué plus haut en référence à la partie centrale(b) de la figure 3, en effet, le paramètre EOI_SP référencé 47 à la figure 3, tient compte de la mise en œuvre de la distribution variable. On rappelle que le dispositif VVT a pour effet, notamment, d’anticiper l’ouverture de la soupape d’admission 26 (en sorte que le point angulaire IVO est avancé en IVO’), en plus de retarder la fermeture de la soupape d’échappement 27 (en sorte que le point angulaire EVC est retardé en EVC’). Or, l’injection à l’échappement ne doit pas se produire alors que la soupape d’admission est ouverte au risque de faire remonter des hydrocarbures dans l’admission et de générer des combustions dans l’admission ce qui serait problématique.
La valeur de consigne EOI_SP est donc une valeur de décalage («offset» en anglais) exprimée en degrés de rotation du vilebrequin, par rapport à la position d’ouverture théorique IVO de la soupape d’admission, ou de sa position pratique IVO’ qui tient compte de l’effet du dispositif VVT le cas échéant. D’un point de vue fonctionnel, la consigne EOI_SP assure que l’injection supplémentaire s’arrête (pour chaque segment) à un point angulaire 48’ qui se produit en avant du point angulaire 48 correspondant à la position d’ouverture IVO’ de la soupape d’admission en tenant compte de la VVT, et plus particulièrement avec une garde angulaire 47 déterminée. Ce déplacement (dans le sens d’une avance) du point 48 vers le point 48’ est représenté à la figure par la flèche 40. Dit autrement, la valeur de consigne EOI_SP correspond à la traduction en nombre de degrés de rotation du vilebrequin de la garde temporelle 47 décomptée à partir de la position pratique d’ouverture IVO’ de la soupape d’admission lors de la phase d’admission I qui suit la phase d’échappement IV pour le cylindre considéré. La valeur EOI_SP tient compte de la vitesse de rotation N du moteur et de l’angle θ(VVT). Elle peut être exprimée comme une valeur algébrique (signée), c’est-à-dire comme un nombre négatif de degrés de la rotation du vilebrequin. On obtient alors la position angulaire de la fin 48’ de l’injection à l’échappement par une simple addition, puisqu’elle est égale à IVO’+EOI_SP. Le paramètre EOI_SP permet donc d’arrêter assurément l’injection de carburant à l’échappement pour le cylindre considéré et pour le segment considéré, avant l’ouverture de la soupape d’admission, et ce en tenant compte du fonctionnement autonome du dispositif VVT.
Après l’état 55, la machine d’état passe dans l’état 56 dans lequel, d’une part, l’injection à l’échappement 46 est réalisée durant la (ou les) phase(s) d’échappement IV du (ou des) cycle(s) à quatre temps du moteur pour purger le catalyseur d’échappement, et, d’autre part, l’injection 49 est réalisée durant la (ou les) phase(s) d’admission I dudit (ou desdits) cycle(s) afin de générer du couple moteur (avec génération d’étincelle(s) d’allumage correspondante à la fin du cycle de compression III).
En pratique, l’injection à l’échappement 48 n’a besoin d’être réalisée que pendant un cycle seulement, voire deux cycles, ou quelques cycles au maximum. Il s’ensuit que les gaz brûlés générés par l’injection normale 49 peuvent rapidement être traités dans des conditions optimales par le catalyseur d’échappement complètement purgé de l’oxygène accumulé pendant la durée de la coupure d’injection.
La présente invention a été décrite et illustrée dans la présente description détaillée et dans les figures des dessins annexés, dans des formes de réalisation possibles. La présente invention ne se limite pas, toutefois, aux formes de réalisation présentées. D’autres variantes et modes de réalisation peuvent être déduits et mis en œuvre par la personne du métier à la lecture de la présente description et des dessins annexés.
Dans les revendications, le terme "comprendre" ou "comporter" n’exclut pas d’autres éléments ou d’autres étapes. Un seul processeur ou plusieurs autres unités peuvent être utilisées pour mettre en œuvre l’invention. Les différentes caractéristiques présentées et/ou revendiquées peuvent être avantageusement combinées. Leur présence dans la description ou dans des revendications dépendantes différentes, n’excluent pas cette possibilité. Les signes de référence ne sauraient être compris comme limitant la portée de l’invention.

Claims (10)

  1. Procédé de purge d’oxygène, à la reprise d’injection, dans un catalyseur d’échappement de véhicule automobile équipé d’un moteur à combustion interne à injection directe et à allumage commandé (1), comprenant l’injection d’essence (46) à l’échappement, dans au moins un cylindre et pour au moins un cycle à quatre temps dudit cylindre durant la phase d’échappement (IV) dudit cycle, en réponse à la détermination d’une reprise d’injection (31) terminant une séquence de fonctionnement du moteur avec coupure d’injection.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la reprise d’injection est déterminée par un front de désactivation (31) d’un signal de coupure d’injection (PUC).
  3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel, le moteur comprenant une pluralité de cylindres, le cylindre dans lequel est réalisée l’injection à l’échappement est le cylindre qui le premier entre dans la phase d’échappement après la détermination de la reprise d’injection.
  4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant la détermination d’une première valeur de consigne (MFF_SP) correspondant à la quantité de carburant à injecter à l’échappement afin de brûler tout l’oxygène accumulé dans le catalyseur d’échappement pendant la séquence de fonctionnement du moteur avec coupure d’injection.
  5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la première valeur de consigne (MFF_SP) est déterminée, pour le cylindre concerné et pour le cycle concerné, en fonction du débit massique dans la ligne d’échappement (MFL_CAT_CBK) et de la quantité d’air frais admise dans le catalyseur d’échappement pendant la période de coupure d’injection (MFL_INT_PUC).
  6. Procédé selon la revendication 4 ou la revendication 5, dans lequel, si la quantité de carburant à injecter à l’échappement afin de brûler tout l’oxygène accumulé dans le catalyseur d’échappement pendant la séquence de fonctionnement du moteur avec coupure d’injection ne peut être injectée dans le cylindre concerné pendant la phase d’échappement d’un unique cycle, l’injection est poursuivie dans le même cylindre durant la phase d’échappement du cycle suivant, et/ou simultanément dans un ou plusieurs autres cylindres du moteur, le cas échéant, avec un décalage de phase correspondant par rapport au cylindre concerné.
  7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel, le moteur comprenant un dispositif de distribution variable, VVT, en service, l’injection durant la phase d’échappement d’un cycle à quatre temps du cylindre est stoppée avant l’ouverture d’une soupape d’admission dudit cylindre pour la phase d’admission suivant ladite phase d’échappement.
  8. Procédé selon la revendication 7, comprenant la détermination d’une seconde valeur de consigne (EOI_SP) correspondant, pour le cylindre concerné et pour le cycle concerné, à l’arrêt de l’injection pendant la phase d’échappement avant l’ouverture d’une soupape d’admission du cylindre pour le cycle d’admission suivant.
  9. Calculateur (100) de gestion d’un moteur (1) d’un véhicule automobile hybride comprenant des moyens adaptés pour exécuter toutes les étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
  10. Produit programme d'ordinateur comprenant une ou plusieurs séquences d'instructions stockées sur un support de mémoire lisible par une machine comprenant un processeur, lesdites séquences d'instructions étant adaptées pour réaliser toutes les étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 lorsque le programme est lu dans le support de mémoire et exécuté par le processeur.
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