FR3140909A1 - Moteur à combustion interne et procédé de pilotage d’un tel moteur - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un moteur (1) à combustion interne comprenant une chambre de combustion, un circuit (60) d’injection de carburant, une ligne d’admission (20) de gaz frais équipée d’au moins une soupape d’admission (17A), une ligne d’échappement (80) des gaz brûlés équipée d’au moins une soupape d’échappement (17B) et d’un catalyseur (83), un système de levée variable des soupapes, et un calculateur (100). L’invention porte plus particulièrement sur un procédé de pilotage d’un tel moteur, qui comporte des étapes d’acquisition d’un paramètre de fonctionnement du moteur et de détermination d’une consigne nominale de commande du système de levée variable en fonction dudit paramètre. Selon l’invention, si la quantité d’oxygène dans le catalyseur est inférieure à un seuil d’oxygène déterminé et si les pressions le permettent, il est prévu de corriger ladite consigne nominale de manière à avancer l’ouverture de la soupape d’admission et/ou retarder la fermeture de la soupape d’échappement. Figure pour l’abrégé : Fig.1

Description

Moteur à combustion interne et procédé de pilotage d’un tel moteur Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne de manière générale les véhicules automobiles équipés d’un moteur à combustion interne.
Elle concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne comprenant :
- une chambre de combustion,
- un circuit d’injection de carburant dans la chambre de combustion,
- une ligne d’admission de gaz frais dans la chambre de combustion qui est équipée d’au moins une soupape d’admission,
- une ligne d’échappement des gaz brûlés hors de la chambre de combustion qui est équipée d’au moins une soupape d’échappement et d’un catalyseur,
- un système de levée variable de la soupape d’admission et/ou de la soupape d’échappement, et
- un calculateur adapté à commander le système de levée variable.
L’invention concerne alors un procédé de pilotage d’un tel moteur.
 Etat de la technique
On recherche actuellement, dans un cadre législatif toujours plus contraignant et dans un souci de préservation de l'environnement, des solutions techniques permettant d'améliorer le fonctionnement des moteurs à combustion interne, notamment pour réduire la quantité de polluants rejetés dans l'atmosphère.
Pour réduire ses émissions polluantes, un moteur à allumage commandé comporte généralement dans sa ligne d'échappement un catalyseur trois voies permettant d'oxyder au moins une partie des hydrocarbures imbrûlés (HC) et du monoxyde de carbone (CO), et de réduire au moins une partie des oxydes d'azote (NOx) qui sont émis dans les gaz de combustion du moteur.
On connaît plusieurs procédés et dispositifs de réglage de la richesse qui visent à améliorer l'efficacité du catalyseur.
A titre d’exemple, il est connu d’employer une boucle d'asservissement qui comprend une sonde à oxygène (ou sonde lambda) montée dans la ligne d’échappement, en amont du catalyseur. La tension de sortie de cette sonde est soustraite à une tension de consigne correspondant généralement à une valeur de richesse égale à 1. Le signal d'erreur est ensuite comparé à zéro dans un comparateur binaire. Ainsi, lorsque la tension de consigne est supérieure à la tension de sortie de la sonde, on enrichit le mélange air - carburant grâce à un régulateur, généralement de type proportionnel - intégral (PI). Inversement, lorsque la tension de consigne est inférieure à la tension de sortie de la sonde, on appauvrit le mélange. La richesse du mélange qui en résulte oscille alors autour de la valeur stœchiométrique.
De cette manière, le catalyseur fonctionne dans sa « fenêtre catalytique », si bien qu’il est en mesure d’exécuter les réactions d’oxydation et de réduction précitées.
On peut ici noter que lorsque le catalyseur sort de sa fenêtre catalytique et est proche de la saturation en oxygène, il favorise les réactions d’oxydation du monoxyde de carbone, au détriment des réactions de réduction des oxydes d'azote. Inversement, quand le catalyseur est dépourvu d’oxygène, il favorise les réactions de réduction des oxydes d'azote mais cette situation est défavorable aux réactions d’oxydation du monoxyde de carbone.
La quantité d’oxygène stocké dans le catalyseur forme donc un paramètre très important pour assurer un bon traitement simultané des trois polluants précités. Il convient donc de maintenir une quantité d’oxygène stable dans le catalyseur afin d’assurer une dépollution optimale. C’est une des raisons pour lesquelles la richesse est régulée autour d’une valeur de 1.
Sous certaines conditions, il est toutefois connu de réguler cette richesse autour d’une valeur différente, de façon provisoire. Typiquement, à charge élevée comme par exemple sur autoroute, la richesse peut être élevée à une valeur légèrement supérieure à 1, par exemple à 1,002, de façon à favoriser la diminution des rejets d’oxydes d’azote (ces rejets étant fortement réglementés), quitte à défavoriser les rejets de monoxydes de carbone.
Mais on comprend que cette situation ne peut pas se prolonger autant qu’on le souhaiterait puisque le catalyseur se viderait sinon progressivement de son oxygène et il finirait par ne plus être en mesure d’oxyder le monoxyde de carbone et les hydrocarbures imbrûlés.
 Présentation de l'invention
Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose une solution pour maintenir le taux d’oxygène dans le catalyseur à une valeur optimale même lorsque la consigne de richesse est supérieure à 1.
Plus particulièrement, on propose selon l’invention un procédé de pilotage d’un moteur tel que défini dans l’introduction, dans lequel il est prévu des étapes de :
- acquisition d’au moins un paramètre de fonctionnement du moteur (typiquement son régime, sa charge et le couple demandé), d’une quantité d’oxygène stocké dans le catalyseur, et d’un écart de pressions entre la pression des gaz frais dans la ligne d’admission et la pression des gaz brûlés dans la ligne d’échappement,
- détermination d’une consigne nominale de commande du système de levée variable en fonction dudit paramètre de fonctionnement, et
- si la quantité d’oxygène est inférieure à un seuil d’oxygène déterminé et si l’écart de pressions est supérieure à un seuil de pression déterminé, correction de ladite consigne nominale de manière à avancer l’ouverture de la soupape d’admission et/ou retarder la fermeture de la soupape d’échappement.
Ainsi, grâce à l’invention, lorsque la quantité d’oxygène se réduit dans le catalyseur et qu’il y a donc un risque que ce dernier ne puisse plus oxyder le monoxyde de carbone et les hydrocarbures imbrûlés, le calculateur commande le système de levée variable des soupapes de façon à générer un phénomène de balayage au travers de la chambre de combustion.
Ce phénomène consiste à faire circuler des gaz frais depuis la ligne d’admission vers la ligne d’échappement sans les brûler dans les cylindres, en profitant du moment où toutes les soupapes sont ouvertes en même temps. Ainsi, des gaz frais chargés en oxygène parviennent dans le catalyseur, ce qui permet d’accroitre la quantité d’oxygène stocké dans ce catalyseur.
D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé de pilotage conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- lors de l’étape d’acquisition, le calculateur acquiert une valeur de richesse des gaz brûlés, lors de l’étape de détermination, le calculateur détermine une consigne nominale de commande du circuit d’injection de carburant en fonction de la valeur de richesse, et lors de l’étape de correction, le calculateur commande le circuit d’injection de carburant selon une consigne corrigée distincte de la consigne nominale, de façon à maintenir une richesse d’un mélange de gaz frais et de carburant admis dans la chambre de combustion égale à une valeur cible déterminée ;
- la consigne corrigée est déterminée en boucle ouverte, en fonction d’un débit total de gaz frais admis dans la chambre de combustion et d’un débit de gaz frais balayé passant de la ligne l’admission à la ligne d’échappement sans être brûlés dans la chambre de combustion ;
- ledit seuil de pression est égal à zéro ;
- la consigne nominale de commande du système de levée variable est déterminée en fonction d’un régime du moteur et d’un paramètre de charge du moteur ;
- le seuil d’oxygène est une constante prédéterminée ;
- lors de l’étape d’acquisition, le calculateur acquiert une requête de couple que le moteur doit développer, lors de l’étape de détermination, le calculateur détermine une consigne nominale de pilotage d’une vanne d’admission générale en fonction de la requête de couple, et lors de l’étape de correction, il est prévu de corriger la consigne nominale de pilotage de la vanne d’admission générale en fonction de l’avance à l’ouverture de la soupape d’admission et/ou du retard à la fermeture de la soupape d’échappement.
L’invention propose également un moteur à combustion interne comprenant :
- une chambre de combustion,
- un circuit d’injection de carburant dans la chambre de combustion,
- une ligne d’admission de gaz frais dans la chambre de combustion qui est équipée d’au moins une soupape d’admission,
- une ligne d’échappement des gaz brûlés hors de la chambre de combustion qui est équipée d’au moins une soupape d’échappement et d’un catalyseur,
- un système de levée variable de la soupape d’admission et/ou de la soupape d’échappement, et
- un calculateur adapté à commander le système de levée variable et programmé pour mettre en œuvre un procédé de pilotage tel que précité.
Préférentiellement, la ligne d’amission comprend un compresseur de gaz frais.
Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
 Description détaillée de l'invention
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
Sur les dessins annexés :
est une vue schématique d'un moteur à combustion interne apte à mettre en œuvre le procédé de pilotage selon l'invention ;
est une vue schématique en coupe du bloc-moteur du moteur à combustion interne de la ;
est un diagramme illustrant les principales étapes du procédé de pilotage conforme à l’invention.
Dans la description, les termes « amont » et « aval » seront utilisés suivant le sens de l’écoulement des gaz, depuis le point de prélèvement de l'air frais dans l’atmosphère jusqu’à la sortie des gaz brûlés dans l’atmosphère.
Sur la , on a représenté schématiquement un moteur à combustion interne 1 de véhicule automobile, qui comprend un bloc-moteur 10 délimitant une chambre de combustion formée par des cylindres. Ici ces cylindres sont au nombre de quatre mais ils pourraient être en nombre inférieur (par exemple trois) ou supérieur.
En amont des cylindres 11, le moteur à combustion interne 1 comporte une ligne d’admission 20 qui prélève l’air frais dans l’atmosphère et qui débouche dans un répartiteur d’air 25 agencé pour répartir l'air frais vers chacun des quatre cylindres 11 du bloc-moteur 10.
Cette ligne d'admission 20 comporte, dans le sens d’écoulement de l’air frais, un filtre à air 21 qui filtre l'air frais prélevé dans l’atmosphère, un compresseur 22 qui comprime l'air frais filtré par le filtre à air 21, un refroidisseur d'air principal 23 qui refroidit cet air frais comprimé, et une vanne d’admission 24 générale (également appelée « boîtier papillon ») qui permet de réguler le débit d’air frais débouchant dans le répartiteur d’air 25.
En sortie des cylindres 11, le moteur à combustion interne 1 comporte une ligne d'échappement 80 qui s’étend depuis un collecteur d’échappement 81 dans lequel débouchent les gaz qui ont été préalablement brûlés dans les cylindres 11, jusqu’à un silencieux d'échappement 87 permettant de détendre les gaz brûlés avant qu’ils ne soient évacués dans l’atmosphère. Elle comporte par ailleurs, dans le sens d’écoulement des gaz brûlés, une turbine 82 permettant d’entraîner le compresseur 22, et un catalyseur 83 pour le traitement des gaz brûlés. En variante, le compresseur 22 pourrait être entraîné autrement, par exemple par un moteur électrique. Encore en variante, mais de manière non préférentielle, on pourrait prévoir que la ligne d’admission ne comporte pas de compresseur.
Ici, le moteur ne comporte pas davantage de ligne de circulation de gaz. En variante, il pourrait par exemple comporter en outre une ligne de recirculation des gaz brûlés depuis la ligne d’échappement vers la ligne d’admission, à haute ou à basse pression, plus connue sous le nom de ligne EGR. Il pourrait comporter également des dispositifs de dépollution supplémentaires.
Le moteur à combustion interne 1 comporte par ailleurs un circuit 60 d'injection de carburant, qui comporte une pompe d'injection 62 agencée pour prélever le carburant dans un réservoir 61 afin de l'amener sous pression via un rail de distribution 63 dans des injecteurs 64.
Pour piloter les différents organes du moteur à combustion interne 1 et notamment la vanne d’admission 24 et les injecteurs 64, il est prévu un calculateur 100 comportant un processeur (CPU), une mémoire vive (RAM), une mémoire morte (ROM), des convertisseurs analogiques-numériques (A/D), et différentes interfaces d'entrée et de sortie.
Grâce à ses interfaces d'entrée, le calculateur 100 est adapté à recevoir de différents capteurs des signaux d'entrée relatifs à des paramètres de fonctionnement du moteur.
Il est ainsi notamment adapté à recevoir un signal qui est relatif à l’angle d’enfoncement α de la pédale d’accélérateur, ou à une pression exercée sur cette pédale. Il est également adapté à acquérir le régime du moteur, ainsi que sa charge.
Il est également prévu pour recevoir un signal relatif à la richesse λ du mélange de carburant et d’air frais insufflé dans la chambre de combustion. Ce signal est ici envoyé par une sonde de dioxygène 40 placée dans la ligne d’échappement 80, en amont du catalyseur 83.
Grâce à une cartographie prédéterminée sur banc d'essais et mémorisée dans sa mémoire morte, le calculateur 100 est adapté à générer, pour chaque condition de fonctionnement du moteur, des signaux de sortie.
Enfin, grâce à ses interfaces de sortie, le calculateur 100 est adapté à transmettre ces signaux de sortie aux différents organes du moteur, notamment à la vanne d’admission 24 et aux injecteur 64.
Sur la , on a représenté en coupe le bloc-moteur 10 du moteur à combustion interne 1 de la .
Ce bloc-moteur 10 se présente en quatre parties principales, dont un bloc-cylindres 10C, un carter d’huile 10D qui est fixé sous le bloc-cylindres 10C et qui renferme de l’huile destinée à lubrifier les différents organes du moteur, une culasse 10B qui est fixée sur le bloc-cylindres 10C et un couvre-culasse 10A qui recouvre la culasse 10B.
On observe sur cette l’intérieur de l’un des cylindres 11 du bloc-moteur 10.
Ce cylindre présente une symétrie de révolution autour d’un axe A1 ici vertical. Il loge un piston 14 cylindrique de révolution autour de l’axe A1, de telle manière que ce piston 14 est adapté à coulisser dans ce cylindre 11 suivant l’axe A1, selon un mouvement rectiligne alternatif (ou mouvement de va-et-vient).
Ce piston 14 présente une jupe périphérique qui est percée transversalement de deux ouvertures d’accueil d’un axe sur lequel est engagé une extrémité haute d’une bielle 13. L'extrémité basse de cette bielle 13 est liée, par l’intermédiaire d’une liaison excentrique, à un vilebrequin 12 (également appelé « arbre moteur »).
Ainsi, le mouvement rectiligne alternatif du piston 14 permet d’entraîner en rotation le vilebrequin 12 du moteur à combustion interne 1 autour de son axe longitudinal, appelé axe moteur A2.
On observe par ailleurs sur cette l’extrémité de l’un des injecteurs 64 de carburant, qui débouche directement à l’intérieur du cylindre 11 (on parle « d’injection directe »).
Le moteur étant ici à allumage commandé, il comporte également une bougie d’allumage (non visible) située à proximité de cet injecteur 64.
Pour l’admission en air frais du cylindre 11, la culasse 10B est percée d'un (ou deux) conduit d’admission 16A qui s'étend depuis le répartiteur d’air 25 jusqu'à une ouverture d'admission 15A prévue dans la face inférieure de la culasse, en regard du cylindre 11.
Pour l’échappement des gaz brûlés en dehors du cylindre 11, la culasse 10B est percée d'un (ou deux) conduit d’échappement 16B qui prend naissance dans une ouverture d'échappement 15B prévue dans la face inférieure de la culasse, en regard du cylindre 11, à proximité de l'ouverture d'admission 15A, et qui débouche dans le collecteur d’échappement 81.
Pour réguler les débits d’arrivée d'air frais et de sortie de gaz brûlés dans chaque cylindre 11, la culasse 10B loge des soupapes d’admission 17A et des soupapes d’échappement 17B dont les extrémités évasées obturent les ouvertures d'admission 15A et d'échappement 15B des conduits d'admission 16A d'air frais et d'échappement 16B des gaz brûlés.
Elle loge également des moyens de distribution adaptés à commander en position ces soupapes d’admission 17A et d’échappement 17B, de telle sorte que le moteur à combustion interne fonctionne suivant quatre cycles thermodynamiques appelés cycles d’admission, de compression, d’explosion et d’échappement.
Ces moyens de distribution sont ici du type variable (on parle en anglais de système VVT pour ‘Variable Valve Timing’). Ils permettent ainsi de décaler le moment d’ouverture et/ou de fermeture des soupapes d’admission et/ou d’échappement par rapport au point mort haut (c’est-à-dire par rapport à l’instant où le piston arrive au point le plus haut dans le cylindre 11). Autrement formulé, le calculateur peut faire varier l’instant d’ouverture et/ou de fermeture de l’une au moins des soupapes.
Ces moyens de distribution comprennent par exemple :
- deux arbres à cames 18A, 18B qui sont montés mobiles en rotation dans la culasse 10B et qui portent des cames 19A, 19B agencées pour appuyer périodiquement sur les soupapes d’admission 17A et d’échappement 17B de manière que chaque soupape se « lève » régulièrement afin de libérer périodiquement un passage pour l’air frais ou les gaz brûlés via les ouvertures d'admission 15A et d'échappement 15B,
- une chaîne de distribution (non représentée) qui solidarise en rotation le vilebrequin 12 à deux pignons respectivement couplés aux deux arbres à cames 18A, 18B, et
- des systèmes de contrôle (non représentés) qui permettent de décaler angulairement chacun de ces deux pignons par rapport à l’arbre à cames qui le porte, d’un angle de plusieurs degrés dans un sens ou dans l’autre.
Un tel système de contrôle est bien connu de l’homme du métier et il ne fait pas en propre l’objet de la présente invention. Il ne sera donc pas ici décrit plus en détail.
On retiendra seulement que le déphasage d’un arbre à cames est considéré nul si la fermeture complète des soupapes d’échappement (du cylindre représenté) intervient au moment précis du début de l’ouverture des soupapes d’admission, alors que le piston est au point mort haut entre les cycles d’échappement et d’admission.
Le déphasage, qui se mesure en degrés, correspond à l’angle entre, d’une part, la position angulaire de l’arbre à cames lorsque le piston 14 est au point mort haut entre les cycles d’échappement et d’admission, et, d’autre part, la position angulaire que cet arbre à cames présenterait si le déphasage était nul.
Ce déphasage permet de générer notamment un « phénomène de balayage » en ouvrant les soupapes d’admission 17A alors que les soupapes d’échappement 17B ne sont pas encore fermées (entre les cycles d’échappement et d’admission). Ainsi, des gaz frais circulant dans la ligne d’admission 20 peuvent être envoyés directement dans la ligne d’échappement 80, sans être au préalable brûlés dans le cylindre 11.
Lorsque le moteur est démarré, l'air frais prélevé dans l'atmosphère par la ligne d'admission 20 est filtré par le filtre à air 21, comprimé par le compresseur 22, refroidi par le refroidisseur d'air principal 23, puis brûlé dans les cylindres 11.
A leur sortie des cylindres 11, les gaz brûlés sont détendus dans la turbine 82, traités dans le catalyseur 83, puis détendus à nouveau dans le silencieux d'échappement 87 avant d'être rejetés dans l'atmosphère.
Les arbres à cames 18A, 18B sont alors pilotés de façon que le déphasage reste généralement nul. Toutefois, dans certaines phases de fonctionnement, ce déphasage est ajusté à une valeur non nulle, par exemple pour générer une recirculation des gaz brûlés de l’échappement vers l’admission (on parle d’EGR interne) ou pour profiter du phénomène de balayage.
En pratique, la consigne de déphasage transmise au système de contrôle est déduite du point de fonctionnement du moteur, c’est-à-dire de son régime et de sa charge. Cette consigne est alors qualifiée de « nominale » et est déterminée indépendamment de la quantité d’oxygène stocké dans le catalyseur 83.
Selon l’invention, le calculateur 100 est programmé pour mettre en œuvre un procédé de pilotage du moteur 1, de manière récursive, c’est-à-dire en boucle et à pas de temps réguliers.
Ce procédé de commande comporte plusieurs étapes principales illustrées sur la .
La première étape E0 consiste à acquérir une requête de couple souhaitée. Elle correspond par exemple au couple que le conducteur souhaiterait que le moteur 1 développe.
Cette requête peut par exemple être calculée compte tenu du régime-moteur et de la position angulaire α de la pédale d’accélérateur 30 (reçus via un capteur de vitesse angulaire et un capteur de position connectés au calculateur 100).
Elle peut sinon être calculée autrement, notamment lorsque le véhicule est piloté de façon (partiellement) autonome.
Au cours d’une seconde étape E2, le calculateur déduit de cette requête de couple et du point de fonctionnement du moteur des consignes de pilotage des organes du moteur 1. Ces consignes sont déterminées de façon à régler le débit d’air frais et le débit de carburant à des valeurs souhaitées.
En pratique, le calculateur détermine la consigne de déphasage en fonction du point de fonctionnement du moteur 1, et la consigne de pilotage de la vanne d’admission 24 en fonction de la requête de couple, compte tenu de la pression de suralimentation et du déphasage des arbres à cames.
Le débit de carburant est quant à lui régulé de telle sorte que la richesse λ du mélange admis dans les cylindres 11 (dioxygène et carburant) reste sensiblement égale à valeur cible, généralement égale à 1.
Pour cela, le calculateur 100 utilise par exemple une boucle de rétroaction tenant compte des mesures effectuées par la sonde de dioxygène 40.
Cette boucle de rétroaction reçoit en entrée la valeur cible Cλici égale à 1. Elle offre en sortie une consigne de débit de carburant à injecter, se présentant ici sous la forme d’une consigne Tide durée d’ouverture des injecteurs 64 à chaque cycle.
L’écart ε entre la richesse λ mesurée et la valeur cible Cλpermet, en utilisant un régulateur (par exemple de type PID), de déterminer une valeur de correction Tc de la durée d’ouverture des injecteurs 64.
Ainsi, la consigne Tide durée d’ouverture transmise aux injecteurs 64 est égale à la somme de cette valeur de correction Tc et d’une valeur tiprédéterminée (compte tenu du point de fonctionnement du moteur, c’est-à-dire de son régime et de sa charge).
Cette boucle de rétroaction permet donc d’ajuster la quantité de carburant injecté en fonction de la position de la vanne d’admission 24.
On notera qu’à charge élevée et régime constant, la valeur cible Cλpourra être accrue, par exemple ici égale à 1,002 afin de favoriser le traitement des oxydes d’azote.
Au cours d’une troisième étape E4, le calculateur calcule la valeur courante de la quantité d’oxygène contenue dans le catalyseur 83. Cette quantité d’oxygène est communément notée OS (de l’anglais ‘oxygen storage’).
Diverses méthodes de calcul pourraient être employées.
Typiquement, il sera possible d’utiliser celle décrite dans le document FR3033364, qui est basée sur l’équation suivante.
Dans cette équation, les variables sont définies de la manière suivante.
Q ech désigne le débit des gaz brûlés (égal par exemple à la somme du débit de gaz frais circulant dans la ligne d’admission et de carburant).
R λ désigne la richesse en amont du catalyseur 83 (mesurée par la sonde de dioxygène 40).
τ O2 désigne le taux massique d’oxygène dans l’air (environ 0,23 soit 23%).
OS init désigne la quantité d’oxygène stockée à l’instant tinitdu début de l’intégration. Cette quantité sera initialisée à une valeur prédéterminée correspondant par exemple à la saturation du catalyseur en oxygène. Le début de l’intégration correspondra alors à un moment dans lequel on sait que le catalyseur est saturé en oxygène. C’est typiquement le cas quand l’injection de carburant est coupée pendant assez longtemps, notamment lorsque le conducteur lève complètement le pied de la pédale d’accélérateur. Cette valeur peut être prédéterminée par des essais préalables.
OS désigne la quantité d’oxygène stockée à l’instant courant t.
Au cours d’une quatrième étape E6, le calculateur compare la valeur courante OS de la quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur avec une valeur seuil prédéterminée. Cette valeur seuil correspondra à la valeur en-deçà de laquelle on considère que le catalyseur n’est plus en mesure de traiter suffisamment bien le monoxyde de carbone et les hydrocarbures imbrûlés.
Tant que cette valeur courante OS reste supérieure ou égale au seuil, ce qui signifie qu’il reste suffisamment de dioxygène dans le catalyseur 83, le procédé reprend à la première étape E0. Dès lors, le déphasage des arbres à cames reste égal aux déphasage nominal (déterminé compte tenu du point de fonctionnement du moteur).
On comprend que si la richesse du mélange est réglée à une valeur très légèrement supérieure à 1 pour assurer un bon traitement des oxydes d’azote et que ce réglage perdure suffisamment longtemps, le catalyseur 83 se vide progressivement de son oxygène, au risque de ne plus pouvoir oxyder le monoxyde de carbone CO (ni les molécules d’hydrocarbure imbrûlées).
C’est pourquoi, si la valeur courante OS de la quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur devient inférieure au seuil, le procédé se poursuit en une cinquième étape E8.
Cette étape et les suivantes visent à insuffler davantage d’oxygène dans le catalyseur de manière qu’il puisse en stocker suffisamment pour traiter le monoxyde de carbone, tout en continuant à respecter la consigne de couple. Pour cela, l’idée consiste à utiliser le phénomène de balayage.
On comprend alors que cette opération ne pourra être exécutée que sous réserve que la pression à l’admission soit supérieure à la pression à l’échappement.
Au cours de cette étape E8, le calculateur 100 détermine donc la pression à l’admission et la pression à l’échappement. Il peut pour cela se baser sur des mesures effectuées par des capteurs de pression situés dans le répartiteur d’air 25 et dans le collecteur d’échappement 81. En variante, il pourrait calculer ces deux pressions compte tenu du point de fonctionnement du moteur.
Puis, au cours d’une étape E10, le calculateur détermine si la pression à l’échappement est inférieure à la pression à l’admission.
Si ce n’est pas le cas, ce qui signifie que le phénomène de balayage ne peut pas se produire, le procédé reprend à la première étape E0. Dès lors, le déphasage des arbres à cames reste égal au déphasage nominal (déterminé compte tenu du point de fonctionnement du moteur). On notera alors que la quantité de dioxygène stockée dans le catalyseur pourra alors continuer à diminuer ou au contraire augmenter, par exemple en présence d’une phase de levé de pied avec coupure d’injection de carburant.
En revanche, si la pression à l’échappement est inférieure à la pression à l’admission, le procédé se poursuit en une étape E12 visant à modifier les réglages nominaux du moteur calculés à l’étape E2 afin de profiter du phénomène de balayage pour reconstituer la réserve d’oxygène du catalyseur 83.
Pour cela, le calculateur 100 peut retarder le moment de fermeture des soupapes d’échappement 17B et/ou avancer le moment d’ouverture des soupapes admission 17A de façon qu’il existe un moment où ces soupapes sont simultanément ouvertes.
On comprend alors que dans cette situation, la sonde de dioxygène 40 relèvera une richesse inférieure à 1. Cette richesse mesurée ne sera en effet plus égale à la richesse du mélange admis dans la chambre de combustion.
L’idée consiste alors à régler le moteur de telle sorte que la richesse dans la chambre de combustion reste égale à 1 à chaque cycle (sans la mesurer), de façon à produire la requête de couple moteur requise tout en réduisant au mieux les émissions de polluants.
Pour cela, le calculateur 100 acquiert :
- le débit total de gaz frais admis dans les cylindres (mesuré à l’aide d’un débitmètre ou par calcul), et
- le débit de gaz frais balayé (passant de l’admission à l’échappement sans être brûlé dans la chambre de combustion) à partir de mesures de débit de gaz brûlés et de concentration d’oxygène mesuré par la sonde de dioxygène.
Il peut ainsi déduire de la différence entre ces deux valeurs le débit de gaz frais brûlés dans les cylindres, puis ajuster le débit de carburant en boucle ouverte, par exemple à raison d’un gramme de carburant pour 14,7 g de gaz frais si la valeur cible est égale à 1.
Ainsi, le calculateur est en mesure d’injecter la bonne masse de carburant pour que la richesse du mélange brûlé dans les cylindres 11 reste égale à la valeur cible et que le couple développé soit égal à la requête de couple requise.
Dans cette situation où le déphasage des arbres à cames est distinct du déphasage nominal, la quantité d’oxygène admis dans le catalyseur 83 croît rapidement, ce qui permet de recharger le stock d’oxygène. Ce déphasage est maintenu jusqu’à ce que la valeur calculée de la quantité de dioxygène stockée redevienne supérieure à une valeur seuil (laquelle est supérieure ou égale à la valeur seuil précitée).
Bien entendu, l’exécution du phénomène de balayage peut être interrompue plus tôt, notamment dès que la pression à l’admission devient inférieure à la pression à l’échappement.
La présente invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention.
Typiquement, le système de levée variable des soupapes pourrait commander non pas toutes les soupapes du moteur, mais uniquement les soupapes d’admission ou uniquement les soupapes d’échappement, ou les soupapes (d’admission ou d’échappement) d’une partie seulement des cylindres du moteur.
Selon une autre variante de l’invention, le calculateur pourra être programmé pour générer le phénomène de balayage uniquement si la pression à l’admission est supérieure à la pression à l’échappement avec un écart non nul et prédéterminé.

Claims (9)

  1. Procédé de pilotage d’un moteur (1) à combustion interne comprenant :
    - une chambre de combustion,
    - un circuit (60) d’injection de carburant dans la chambre de combustion,
    - une ligne d’admission (20) de gaz frais dans la chambre de combustion qui est équipée d’au moins une soupape d’admission (17A),
    - une ligne d’échappement (80) des gaz brûlés hors de la chambre de combustion qui est équipée d’au moins une soupape d’échappement (17B) et d’un catalyseur (83),
    - un système de levée variable de la soupape d’admission (17A) et/ou de la soupape d’échappement (17B), et
    - un calculateur (100) adapté à commander le système de levée variable,
    le procédé de pilotage comporte des étapes d’acquisition d’au moins un paramètre de fonctionnement du moteur (1) et de détermination d’une consigne nominale de commande du système de levée variable en fonction dudit paramètre de fonctionnement,
    caractérisé en ce que, à l’étape d’acquisition, il est prévu d’acquérir une quantité d’oxygène stocké dans le catalyseur (13) et un écart de pressions entre une pression des gaz frais dans la ligne d’admission (20) et une pression des gaz brûlés dans la ligne d’échappement (80),
    et en ce que, si la quantité d’oxygène est inférieure à un seuil d’oxygène déterminé et si l’écart de pressions est supérieure à un seuil de pression déterminé, il est prévu une étape de correction de ladite consigne nominale de manière à avancer l’ouverture de la soupape d’admission (17A) et/ou retarder la fermeture de la soupape d’échappement (17B).
  2. Procédé de pilotage selon la revendication 1, dans lequel :
    - lors de l’étape d’acquisition, le calculateur acquiert une valeur de richesse des gaz brûlés,
    - lors de l’étape de détermination, le calculateur détermine une consigne nominale de commande du circuit (60) d’injection de carburant en fonction de la valeur de richesse, et
    - lors de l’étape de correction, le calculateur commande le circuit (60) d’injection de carburant selon une consigne corrigée distincte de la consigne nominale, de façon à maintenir une richesse d’un mélange de gaz frais et de carburant admis dans la chambre de combustion égale à une valeur cible déterminée.
  3. Procédé de pilotage selon la revendication 2, dans lequel la consigne corrigée est déterminée en boucle ouverte, en fonction d’un débit total de gaz frais admis dans la chambre de combustion et d’un débit de gaz frais balayé passant de la ligne l’admission (20) à la ligne d’échappement (80) sans être brûlés dans la chambre de combustion.
  4. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit seuil de pression est égal à zéro.
  5. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la consigne nominale de commande du système de levée variable est déterminée en fonction d’un régime du moteur (1) et d’un paramètre de charge du moteur (1).
  6. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le seuil d’oxygène est une constante prédéterminée.
  7. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel :
    - lors de l’étape d’acquisition, le calculateur acquiert une requête de couple que le moteur (1) doit développer,
    - lors de l’étape de détermination, le calculateur détermine une consigne nominale de pilotage d’une vanne d’admission générale (24) en fonction de la requête de couple, et
    - lors de l’étape de correction, il est prévu de corriger la consigne nominale de pilotage de la vanne d’admission générale (24) en fonction de l’avance à l’ouverture de la soupape d’admission (17A) et/ou du retard à la fermeture de la soupape d’échappement (17B).
  8. Moteur (1) à combustion interne comprenant :
    - une chambre de combustion,
    - un circuit (60) d’injection de carburant dans la chambre de combustion,
    - une ligne d’admission (20) de gaz frais dans la chambre de combustion qui est équipée d’au moins une soupape d’admission (17A),
    - une ligne d’échappement (80) des gaz brûlés hors de la chambre de combustion qui est équipée d’au moins une soupape d’échappement (17B) et d’un catalyseur (83),
    - un système de levée variable de la soupape d’admission (17A) et/ou de la soupape d’échappement (17B), et
    - un calculateur (100) adapté à commander le système de levée variable et programmé pour mettre en œuvre un procédé de pilotage conforme à l’une des revendications 1 à 7.
  9. Moteur (1) selon la revendication 8, dans lequel la ligne d’amission (20) comprend un compresseur (22) de gaz frais.
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