FR3006372A1 - Procede d'estimation des emissions polluantes d'un moteur a combustion interne et procede associe de pilotage du moteur - Google Patents

Abstract

L'invention propose un procédé de gestion d'un moteur (1) à combustion interne, dans lequel on estime au moins une valeur (Pollut) d'émission d'une espèce polluante à l'aide de paramètres moteur autres que la pression des gaz dans les cylindres (6) du moteur (1), au moins une valeur d'émissions polluantes étant calculée comme le produit d'une première fonction affine de la consommation (Qcarb) de carburant, d'une second fonction affine de l'avance (φ) à l'allumage du moteur, d'une troisième fonction affine de la température (T) de liquide de refroidissement du moteur, et d'un terme d'exponentielle négative d'une puissance de la richesse (R) du mélange comburant dans les cylindres (6) du moteur.

Description

Procédé d'estimation des émissions polluantes d'un moteur à combustion interne et procédé associé de pilotage du moteur L'invention a pour objet le contrôle des émissions polluantes d'un moteur à combustion interne. Le niveau d'émissions polluantes du moteur dépend en particulier des conditions de combustion du mélange comburant dans les cylindres du moteur. Il dépend donc de la composition du mélange, mais également des conditions de température et de pression auxquelles la combustion s'effectue dans les cylindres. Une des variables connues pour permettre d'évaluer le niveau de production de diverses émissions polluantes, est la pression développée dans les cylindres au moment de la combustion. La connaissance de cette pression nécessite cependant l'utilisation de capteurs spécifiques, qui entraîne un surcoût du prix de revient du moteur. Le capteur peut en outre facilement être endommagé du fait des pressions et des températures mises en oeuvre. L'invention a pour but de proposer des méthodes d'évaluation des émissions d'une ou plusieurs espèces polluantes, qui utilisent des capteurs et des estimateurs autres que des capteurs de pression dans les cylindres, les capteurs utilisés étant en général déjà présents sur le moteur à d'autres fins de contrôle moteur, par exemple pour optimiser la consommation en carburant du moteur.

L'invention a également pour but de proposer des méthodes d'estimation peu onéreuses en capacités de calcul, et des méthodes qui nécessitent, pour être calibrées, un nombre réduit d'essais sur banc. L'invention a également pour but de permettre une réduction des émissions polluantes du moteur, en introduisant une prise en compte les valeurs estimées d'émissions polluantes, lors du pilotage du moteur en vue d'obtenir le couple moteur souhaité par le conducteur du véhicule.

A cette fin, l'invention propose un moteur à combustion interne, le moteur comportant un dispositif d'estimation d'émissions polluantes. De préférence, le moteur ne comporte aucun capteur de pression dans aucun cylindre du moteur, ou du moins l'estimateur d'émissions polluantes n'utilise pas de valeurs de pression obtenues par mesure par capteur dans un ou plusieurs cylindres du moteur. Le dispositif d'estimation est configuré pour calculer une première valeur d'émissions polluantes en prenant en compte le régime de rotation du moteur, une température mesurée de liquide de refroidissement circulant dans le moteur, une consommation en carburant du moteur, une valeur estimée indicative de la richesse des gaz entrant dans les cylindres du moteur, et un niveau d'avance à l'allumage du moteur. La richesse des gaz peut être calculée de différentes manières selon les modes de réalisation. Selon un premier mode de réalisation, la richesse peut être calculée à partir d'un débit d'air frais entrant dans le moteur, et de la consommation en carburant du moteur. Le débit d'air frais peut lui-même être mesuré par un débitmètre, ou peut être estimé à l'aide d'une cartographie de débit qui est fonction notamment du régime de rotation du moteur et d'une pression des gaz mesurée dans le collecteur d'admission. La valeur extraite de la cartographie de débit peut être multipliée par une pression mesurée dans le collecteur d'admission du moteur, et peut être divisée par une température mesurée dans le collecteur d'admission du moteur. La cartographie peut également prendre en compte des consignes de pilotage de soupapes d'admission et d'échappement de gaz des cylindres du moteur. Selon un autre mode de réalisation, la richesse des gaz entrant dans les cylindres du moteur peut être estimée en prenant en compte la masse réellement piégée dans la chambre de combustion des cylindres. Elle peut alors typiquement être calculée en lisant une première valeur dans une cartographie de remplissage, et une seconde valeur dans une cartographie de piégeage, et en multipliant ces deux valeurs par un coefficient constant et par une pression de gaz mesurée dans le collecteur d'admission du moteur et en divisant le résultat par une température de gaz mesurée dans le collecteur d'admission du moteur.

Dans le cas où le moteur est équipé d'un système de déphasage des ouvertures des soupapes d'admission et d'échappement des cylindres, la cartographie de remplissage et la cartographie de piégeage peuvent prendre en compte, outre le régime moteur et la pression des gaz dans le collecteur d'admission, des consignes de pilotage de soupapes d'admission et d'échappement de gaz des cylindres du moteur. Selon un premier mode de réalisation, le dispositif d'estimation est configuré pour calculer une première valeur d'émission polluantes comme le produit d'une première fonction affine de la consommation de carburant, d'une seconde fonction affine de l'avance à l'allumage, d'une troisième fonction affine de la température de liquide de refroidissement, et d'un terme d'exponentielle négative d'une puissance de la richesse de gaz entrant dans les cylindres. Avantageusement, la première valeur d'émissions polluantes est utilisée pour estimer les émissions en oxydes d'azote du moteur. Par terme d'exponentielle négative on entend un terme où la valeur sous l'exponentielle est de signe négatif. De manière préférentielle, le terme négatif sous la fonction exponentielle est proportionnel à une fonction puissance d'un écart entre la richesse de gaz entrant dans le moteur et une richesse seuil. Selon un mode de réalisation préféré, la fonction puissance est une puissance égale à deux. Selon un second mode de réalisation qui peut se combiner au précédent, le dispositif d'estimation est configuré pour calculer une seconde valeur d'émissions polluantes, comme un produit d'une fonction affine de la température de liquide de refroidissement par la consommation en carburant du moteur, et par une troisième fonction affine de la richesse des gaz entrant dans les cylindres du moteur. Avantageusement, la seconde valeur d'émissions polluantes est utilisée pour estimer les émissions en monoxyde de carbone du moteur. Au dessous d'une richesse seuil, le dispositif d'estimation peut être configuré pour remplacer la troisième fonction affine de la richesse des gaz entrant dans les cylindres du moteur par une valeur constante.

Selon un troisième mode de réalisation qui peut se combiner aux deux précédents, le dispositif d'estimation est en outre relié à un capteur de pression dans un collecteur d'admission du moteur et à un capteur de température des gaz dans le collecteur d'admission du moteur, ainsi qu'à un moyen d'estimation de la vitesse de rotation du moteur et à un moyen d'estimation du débit d'air entrant dans le moteur. Le dispositif d'estimation d'émissions polluantes est alors configuré pour calculer une troisième valeur d'émissions polluantes, comme un produit d'une fonction affine de l'avance à l'allumage, par une fonction affine de la température de liquide de refroidissement, multipliées par un premier polynôme du second degré fonction de l'inverse de la vitesse de rotation du moteur, par un second polynôme du second degré fonction de la richesse, et par un troisième polynôme du second degré fonction d'une variable réduite. La variable réduite est proportionnelle au débit d'air entrant dans le moteur et à la température des gaz dans le collecteur d'admission, et inversement proportionnelle à la pression des gaz dans le collecteur d'admission du moteur. Avantageusement, la troisième valeur d'émissions polluantes est utilisée pour estimer les émissions en hydrocarbures incomplètement brûlés. Selon un mode de réalisation avantageux, le moteur peut comprendre en outre un régulateur configuré pour prendre en compte un signal d'une pédale d'accélération. Le régulateur est configuré pour élaborer à partir de ce signal une consigne de position d'un actionneur du moteur, en pondérant la consigne de position par une valeur cartographiée en fonction d'au moins une valeur d'émission polluante calculée par l'estimateur d'émissions polluantes. Selon un mode de réalisation avantageux, le moteur comprend une première cartographie donnant un premier coefficient multiplicateur fonction d'une ou de plusieurs valeurs d'émissions polluantes calculées par l'estimateur d'émissions polluantes, et comprend une seconde cartographie permettant de lire un second coefficient multiplicateur en fonction du signal de la pédale et de la vitesse de rotation du moteur. Le régulateur est alors configuré pour appliquer le produit du premier et du second coefficients à une variable d'écart de consigne, la variable d'écart de consigne traduisant un écart entre une valeur de consigne calculée en fonction du signal de pédale, et une variable mesurée -ou une variable déduite de mesures- sur le moteur. L'invention propose également un véhicule hybride comprenant une machine électrique et comprenant un moteur tel que décrit précédemment. Le véhicule peut comprendre un module de gestion d'énergie configuré pour délivrer une consigne de couple électrique à fournir par la machine électrique et pour délivrer une valeur souhaitée de couple thermique à fournir par le moteur à combustion interne. Le véhicule peut comprendre en outre un module modérateur configuré pour pondérer la valeur souhaitée de couple thermique en fonction d'une valeur estimée d'émissions polluantes, et pour délivrer un couple thermique de consigne servant à élaborer une consigne de position d'un actionneur du moteur à combustion interne. Selon un mode de réalisation préféré, le module modérateur renvoie en outre le couple thermique de consigne vers le module de gestion d'énergie, qui adapte en conséquence la consigne de couple électrique.

L'invention propose également un moteur équipé d'un piège à espèce(s) polluante(s) et d'un dispositif d'estimation configuré pour calculer une valeur instantanée d'émissions polluantes correspondant à l'espèce à piéger. Le moteur peut comporter un moniteur de piège configuré pour déterminer la quantité d'espèces polluantes accumulées dans le piège par intégration d'une valeur estimée par le dispositif d'estimation. Le piège à espèces polluantes peut par exemple être un piège à oxydes d'azote. Selon un mode de réalisation préférentiel, le moniteur de piège est configuré pour déclencher une purge du piège lorsque la quantité d'espèces polluantes dans le piège atteint ou dépasse un seuil, qui peut être fonction des conditions de roulage du véhicule. Par purge, on entend une élimination par oxydation ou par réduction des espèces polluantes. Dans le cas du piège à oxydes d'azote, la purge peut se faire en modifiant les paramètres de fonctionnement du moteur de manière à chauffer le piège et à y envoyer des espèces chimiques réductrices. Ces méthodes de purge sont connues, par exemple pour réduire des oxydes d'azote en azote. L'invention s'applique également à un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne, dans lequel on estime au moins une valeur d'émission d'une espèce polluante à l'aide de paramètres moteur autres que la pression des gaz dans les cylindres du moteur, au moins une valeur d'émission polluantes étant calculée comme le produit d'une première fonction affine de la consommation de carburant, d'une seconde fonction affine de l'avance à l'allumage, d'une troisième fonction affine de la température de liquide de refroidissement, et d'un terme d'exponentielle négative d'une puissance de la richesse du mélange comburant dans les cylindres du moteur. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une représentation schématique d'un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif d'estimation d'émissions polluantes selon l'invention, la figure 2 est une représentation schématique d'un moteur à combustion interne muni d'un piège à monoxyde d'azote ainsi que d'un dispositif d'estimation d'émissions polluantes selon l'invention, la figure 3 est une représentation schématique d'un système de motorisation hybride thermique-électrique, muni d'un dispositif d'estimation d'émissions polluantes selon l'invention. Comme illustré sur la figure 1, un moteur 1 à combustion interne, par exemple un moteur de type essence, comprend des cylindres 6 de combustion ici au nombre de quatre, et comprend un circuit d'alimentation en air 30 s'étendant d'une entrée d'air frais 3 à une sortie d'échappement 31. L'air entre par l'entrée d'air frais 3, traverse un filtre à air 4, qui peut être ou non muni d'un débitmètre, traverse ensuite un compresseur 5a d'un turbocompresseur 5, pour arriver dans un collecteur d'admission 32 à partir duquel il peut être admis dans les cylindres 6 du moteur 1. Le circuit de gaz 30 se poursuit en aval des cylindres 6 par un collecteur d'échappement 39 qui reçoit les gaz brûlés issus des cylindres 6. Les gaz brûlés traversent ensuite une turbine 5b du turbocompresseur 5, puis traversent éventuellement un système de dépollution 33, pour être renvoyés à l'atmosphère par la sortie d'échappement 31. L'arrivée d'essence vers chaque cylindre 6 à partir du réservoir d'essence 19 du véhicule est commandée par une unité de contrôle moteur 8 qui détermine la quantité d'essence 0 ,carb admise dans chaque cylindre à chaque "coup" moteur, c'est-à-dire pour chaque cycle moteur du cylindre. L'unité de contrôle moteur 8 détermine également une avance à l'allumage cp qui est l'angle qu'il reste à parcourir au vilebrequin avant d'atteindre le point mort haut, au moment où est déclenchée une étincelle dans le cylindre correspondant. La quantité de carburant chaque « coup » ou cycle moteur, ainsi que l'avance à l'allumage cp, sont envoyées vers un estimateur 10 d'émissions polluantes.

L'estimateur 10 d'émissions polluantes est une unité de contrôle électronique recevant en outre une valeur T de "température d'eau" du moteur, mesurée par un capteur 34 mesurant la température du liquide de refroidissement traversant le moteur. L'estimateur 10 reçoit également une valeur de régime moteur N, qui peut par exemple être exprimée en tours par minute, et qui est mesurée par un compte-tours 35, placé par exemple face à une roue dentée solidaire du vilebrequin du moteur 1. L'estimateur d'émissions polluantes 10 reçoit également une valeur R de richesse du mélange comburant entrant dans les cylindres du moteur. Cette valeur de richesse peut être délivrée par un estimateur 2 de richesse. L'estimateur 2 de richesse de mélange comburant, peut utiliser en particulier le débit de carburant 0 ,carb entrant dans les cylindres du moteur à chaque coup, et le débit d'air Qair entrant dans le circuit d'alimentation en gaz 30. L'estimateur 2 Qcarb envoyée dans chaque cylindre à peut, selon d'autres variantes de réalisation, effectuer l'estimation de la richesse à partir d'autres paramètres, comme détaillé plus loin. Le débit d'air Qair peut être mesuré par un débitmètre, par exemple placé au niveau du filtre à air 4, ou peut être estimé par exemple à l'aide d'une cartographie permettant de déterminer le débit d'air en fonction du régime de rotation du moteur et de la pression des gaz dans le collecteur d'admission 32. Le collecteur d'admission 32 peut être muni d'un capteur 9 de pression collecteur ainsi que d'un capteur 11 de température des gaz dans le collecteur d'admission.

Selon les variantes de réalisation et en fonction des espèces polluantes que l'on souhaite quantifier, l'estimateur 10 d'émissions polluantes peut également être connecté de manière à recevoir, en vue de calculer certaines des émissions polluantes, le débit d'air Qair, la pression des gaz 13,01 dans le collecteur d'admission, et la température des gaz T,01 dans le collecteur d'admission. La valeur Qair peut être délivrée, au lieu d'un débitmètre au niveau du filtre 4, par un estimateur de débit d'air entrant, utilisant par exemple la cartographie mentionnée plus haut, en fonction du régime de rotation du moteur et de la pression des gaz dans le collecteur d'admission 3. L' estimateur 10 d' émissions polluantes délivre une ou plusieurs valeurs représentant chacune une quantité d' espèces polluantes émise par unité de temps. Sur la figure 1, on a représenté la transmission d'une seule valeur d'émission d'espèces polluantes « Pollut », qui est envoyée comme valeur d'entrée d'une cartographie 13. Selon les variantes de réalisation, la valeur Pollut peut représenter un débit d'oxydes d'azote « NO x », un débit d'oxydes de carbone « CO », ou un débit d'hydrocarbures imbrûlés « HC ». L'estimateur 10 peut également délivrer simultanément plusieurs valeurs correspondant à plusieurs émissions polluantes. Cette ou ces valeurs d'émissions polluantes peuvent être utilisées pour adapter la régulation du moteur 1, comme illustré sur la figure 1. Dans l'exemple illustré de la figure 1, où la valeur d'émissions polluantes Pollut peut par exemple correspondre à un débit d'oxydes d'azote, le niveau d'émission Pollut est utilisé comme valeur d'entrée de la cartographie 13, dans laquelle est lu un coefficient multiplicateur Kpon qui est ensuite envoyé vers un multiplicateur 16. Le multiplicateur 16 reçoit sur une autre entrée un second coefficient KNc qui est lu dans une seconde cartographie 14. La seconde cartographie 14 possède au moins deux entrées, dont le régime de rotation N du moteur 1 est un couple de consigne C, qui est déterminé par exemple à partir du signal d'une pédale d'accélération 12. Le couple de consigne C est également utilisé par un calculateur 15 de pression de suralimentation de consigne, qui est configuré pour calculer une pression de suralimentation de consigne Pcons à obtenir dans le collecteur d'admission 32 en vue d'obtenir du moteur 1 le couple C demandé. La cartographie 14 peut utiliser comme seconde valeur d'entrée une autre valeur liée au couple, par exemple la pression de suralimentation de consigne P - cons- Le multiplicateur 16 délivre un coefficient de régulation Krégul qui est utilisé par un régulateur 18. Le régulateur 18 reçoit en entrée une différence c entre la pression 13,01 de gaz mesurée dans le collecteur d'admission 32, et la pression de consigne P0 cons correspondante délivrée par le calculateur 15 de pression collecteur de consigne. Le régulateur 18 transforme cet écart c en valeur de correction ô envoyée vers une unité de conversion 7. Le régulateur 18 peut être de type proportionnel, mais peut également être de type proportionnel intégral, proportionnel dérivé ou un autre type de régulateur, de type PID. On peut également envisager d'autres types de régulateurs, faisant intervenir des corrections de type non multiplicatif et/ou faisant intervenir des fonctions d'écrêtage en fonction des coefficients de régulation Krégul reçus. On ne s'éloigne pas du cadre de l'invention si la combinaison des coefficients issus des cartographies 13 et 14 se fait autrement que par une simple multiplication. Le coefficient issu de la cartographie 13 peut par exemple imposer une borne au coefficient issu de la cartographie 14. L'unité de conversion 7 est configurée pour délivrer une commande de position « u » permettant d'adapter la géométrie de la turbine 5b afin de modifier le débit traversant la turbine. La valeur « u » peut par exemple correspondre à des positions d'ailettes d'une turbine à géométrie variable 5b. L'unité de conversion 7 utilise bien sûr d'autres valeurs que la valeur de correction ô pour calculer la position « u » de l' actionneur de la turbine 5b. Ces valeurs correspondent à des méthodes de calcul connues de la littérature et peuvent notamment comprendre une température de gaz mesurée en amont de la turbine, un débit de gaz traversant la turbine et une pression de gaz en aval de la turbine. De manière générale, le moteur à combustion interne 1 peut comprendre un estimateur d'émissions polluantes 10, dont l'estimation Pollut est prise en compte pour le calcul d'un coefficient de régulation Krégul permettant de calculer une position « u » d'un actionneur permettant de modifier les conditions de combustion du moteur 1, et en particulier permettant de faire évoluer les pressions établies à l'intérieur du circuit de gaz 30. Dans un premier mode de réalisation, l'estimateur 10 calcule une production d'oxyde d'azote -par coup de cylindre- en utilisant la richesse R, le débit de carburant 0 ,carb, l'avance à l'allumage cp, la température d'eau T et le régime du moteur N, suivant l'équation (1) : (R- R0)\2 NOX = K Equation (1) mgc (Qcarb ± Q0)(p ± Po )(T ± T0) exp Avec : Qcarb débit en carburant mg/coup : avance à l'allumage (position du vilebrequin en degrés) T : température de liquide de refroidissement moteur (degrés Celsius) R : richesse dans les cylindres (sans dimensions) Les valeurs Qo, (po, To, Ro, s sont des paramètres de calibration spécifiques au moteur, qui peuvent être déterminés par essais sur banc pour un modèle de moteur particulier.

La valeur obtenue NOXmgc est exprimée pour un tour de vilebrequin. Si on souhaite convertir la production en masse par unité de temps, on peut utiliser la formule de conversion (valable pour un moteur à quatre temps et à quatre cylindres): /1\Ij NOXmgis =2.NOXmgc - Equation (2) 60 N étant le régime de rotation du moteur en tours/minute. Selon un autre mode de réalisation qui peut se combiner au précédent, l'estimateur d'émissions polluantes calcule les émissions de monoxyde de carbone COo,gc, suivant une formule du type : Si R<R,e COmgc= H Qcarb - (T +T0) Equation (3) Si R>ee CO',gc= M(R+Ri) - Qat - (T±TO) Equation (4) Les valeurs H, R1, M sont des paramètres de calibration spécifiques au moteur, qui peuvent être déterminés par essais sur banc pour un modèle de moteur particulier. La valeur To peut être la même que ci-dessus pour l'évaluation de la production d'oxydes d'azotes.

La valeur obtenue comgc est exprimée pour un tour de vilebrequin. Si on souhaite convertir la production masse par unité de temps, on peut utiliser la formule de conversion : C° mg I s = 2-C° mgc - 60 Equation (5) N étant le régime de rotation du moteur en tours/minute.

Selon un troisième mode de réalisation qui peut se combiner au premier et/ou au second mode de réalisation, l'estimateur d'émissions polluantes calcule les émissions d'hydrocarbures imbrûlés HC mgc , suivant une formule du type ,' .(R2 + r - R + p). (X2 + uX + HC gc = + + T o) : Equation (6) d \ + + - - e r2 N Où T : température de liquide de refroidissement moteur (degrés Celsius) R : richesse dans les cylindres (sans dimensions) N : le régime de rotation du moteur en tours/minute La valeur X est une variable réduite définie comme suit : x = Q air *Tc01 _ 0 air mgc T col ,13Q N Pcoi Pcoi Equation (7) avec Q air débit d'air en kg/h Qair mgc débit d'air en mg/coup pression dans le collecteur [Pa] Tc01 : température collecteur admission en [K] Les valeurs L, To, (pi, d, e, r, p, u, v sont des paramètres de calibration spécifiques au moteur qui peuvent être déterminés par essais sur banc pour un modèle de moteur particulier. La valeur To peut être la même que précédemment. Bien sûr, les équations (1), (3), (4) et (6) peuvent être remplacées par des équations équivalentes en mettant en facteur de manière différente les constantes de calibration. La valeur obtenue HCmgc est exprimée pour un tour de vilebrequin. Si on souhaite convertir la production masse par unité de temps, on peut utiliser la formule de conversion : HCmg I s = 2.HCmgc - Equation (8) 6N0 j La valeur obtenue HC mgc est exprimée pour un tour de vilebrequin. Si on souhaite convertir la production masse par unité de temps, on peut utiliser la formule de conversion : N j 5Equation (9) HCmg I s = 2.HCmgc - 60 Les équations (1), (3), (4) peuvent être remplacées par des équations équivalentes, où par exemple le débit de carburant est exprimé en mg/s au lieu d'être exprimé en mg/coup. Les termes relatifs 10 au débit de carburant 0 ,carb et Qo sont alors à prendre en compte divisés par le régime de rotation N, et les constantes de calibrations K, H, M sont à adapter, par exemple en les divisant par 30. Dans tous les calculs précédents, la richesse d'air R du mélange comburant dans les cylindres peut être évaluée de différentes 15 manières. Selon un premier mode de réalisation, elle peut être mesurée par une sonde de type "sonde lambda". La sonde lambda est généralement placée sur le circuit de gaz 30, en aval des cylindres et en amont de l'éventuel système de dépollution 33. Elle permet de déterminer la richesse en oxygène des gaz d'échappement et d'en 20 déduire la composition des gaz entrant dans les cylindres. Selon un autre mode de réalisation, la richesse R des gaz dans les cylindres est calculée en prenant en compte le débit d'air entrant et le débit de carburant entrant dans les cylindres. Selon le modèle le plus simple, on peut calculer la richesse R des gaz enfermés dans les 25 cylindres au moment de la combustion par R=Qcarb/Qa *PCO Equation (10) Avec PCO = pouvoir comburivore du carburant, PCO = 14.7 30 pour de l'essence par exemple. Qcarb et Qair sont exprimés ici tous les deux par unité de temps, ou tous les deux "par coup".

On voit que l'estimateur d'émissions polluantes 10, en utilisant les équations (1) et (2) pour estimer la production d'oxyde d'azote, permet d'introduire un facteur de contrôle supplémentaire lors de l'élaboration de la consigne « u » destinée à la turbine 5b. On peut ainsi, par exemple, lors d'une montée en puissance du moteur requise à partir de la pédale 12, modérer la montée en puissance du moteur 1 en fonction des valeurs d'émissions d'oxyde d'azote calculées par l'estimateur 10 : on peut par exemple rendre cette montée en puissance plus progressive, limiter les émissions instantanées, et si possible les émissions globales, d'oxyde d'azote par le moteur 1. Le même type de limitation peut être appliqué, de manière indépendante ou simultanée, à partir de valeurs d'émissions de monoxyde de carbone calculées à partir des équations (3), (4) et (5). L'estimateur d'émissions polluantes 10 peut par exemple délivrer deux valeurs séparées NOX',gis et COmg/s donnant des productions instantanées de ces deux polluants. Ces valeurs (ou leurs valeurs converties en masse/seconde) peuvent être envoyées vers deux cartographies (non représentées sur la figure 1) permettant de lire deux coefficients correcteurs qui viendront multiplier le coefficient KNC délivré par la cartographie 14 fonction du point de fonctionnement du moteur. On peut éventuellement cumuler une troisième correction qui serait fonction de la quantité d'hydrocarbures imbrûlés, également calculée par l'estimateur 10 d'émissions polluantes, et qui peut faire l'objet d'une troisième lecture dans une autre cartographie (non représentée) pour en extraire un coefficient correcteur dédié. La figure 2 illustre une autre application des méthodes de calcul d'émissions polluantes selon l'invention. On retrouve sur la figure 2 un moteur équipé des mêmes capteurs que celui de la figure 1, les mêmes capteurs étant désignés par les mêmes références. Sur la figure 2 cependant, le filtre à air 4 n'est pas muni de débitmètre. Le débit d'air entrant Qair et la richesse R doivent donc être évalués à partir des données des autres capteurs. A cette fin on utilise un estimateur 40 de masse d'air passant par les soupapes d'admission des cylindres. L'estimateur comprend une cartographie 41 de remplissage, qui donne un coefficient de remplissage ih, en fonction de la pression Pcol mesurée dans le collecteur d'admission 32, du régime de rotation N du moteur, et des consignes VVTa et VVTe permettant de piloter respectivement les soupapes d'admission et les soupapes d'échappement des cylindres. Ces consignes peuvent correspondre par exemple à une position à un moment donné, ou à un déphasage par rapport au passage du piston du cylindre par son point mort haut. L'estimateur 40 peut en outre comprendre une cartographie 42 qui donne un coefficient rit de "piégeage" en fonction des quatre mêmes paramètres. Ainsi, l'estimateur 40 lit dans la cartographie 41 : 11,= f,(N,Pcoi,VVT,,VVT Equation (11) : coefficient de remplissage et lit éventuellement dans la cartographie 42 ft(N,P,,,,VVT,,VVT,) rit : coefficient de piégeage (cartographié) Une estimation du débit d'air entrant ()air mgc peut alors être obtenue par l'équation suivante : 20Qalr Pcoi Equation (12) -mgc = r .0 287 T 01 v avec Qair mgc: masse d'air estimée traversant les soupapes d'admission, en mg "par coup" Cyl : volume intérieur maximal d'un cylindre du moteur 25 ("cylindrée") Et la masse d'air effectivement piégée dans les cylindres et disponible pour la combustion peut être estimée par Qair_piégé = Q air mg, - 11 t Equation (13) 30 Sur la figure 2, ces estimations sont obtenues au moyen d'un diviseur 43, envoyant le rapport 13,01/T,01 vers un multiplicateur 44 recevant sur son autre entrée le coefficient de remplissage entrée riv. Le résultat ()air mgc est alors envoyé, au besoin, vers l'estimateur 10 d'émissions polluantes, et est envoyé sur un autre multiplicateur 45 recevant sur son autre entrée le coefficient de piégeage rit. Le résultat Qair piégé est envoyé vers l'estimateur de richesse 2 qui estime alors la richesse R par exemple suivant la formule : b Equation (14) Richesse R= QcarPCO Q air piégé Avec PCO : pouvoir comburivore du carburant (par exemple 14,7 pour l'essence) Le moteur 1 de la figure 2 équipé de l'estimateur 10 d'émissions polluantes, utilisant les mêmes types d'équations que celles mentionnées plus haut pour estimer le niveau de production d'une ou plusieurs espèces polluantes. Le moteur 1 est équipé d'un piège 33 à oxydes d'azote et d'un moniteur de piège 20 configuré pour déclencher des phases de "purge" du piège, pendant lesquelles les conditions de fonctionnement du moteur sont telles que les oxydes d'azote accumulés dans le piège sont réduits, au prix d'une surconsommation temporaire en carburant du moteur. Dans l'exemple illustré à la figure 2, la valeur de production de monoxyde d'azote est envoyée au moniteur de piège 20, qui est une unité de calcul effectuant un cumul, par exemple à l'aide d'un intégrateur 21 des valeurs de production d'oxyde d'azote calculées par l'estimateur 10.

Le moniteur 20 comprend un comparateur 22 qui détecte le moment où la quantité totale d'oxydes d'azote accumulée dans un système de dépollution 33, dépasse un seuil désigné ici par « SeuilCumul ». Tant que ce seuil n'est pas atteint, le moniteur 20 continue à calculer chaque accroissement de la quantité totale stockée dans le système de dépollution 33. Lorsque le seuil est atteint, le moniteur de piège 20 lance une procédure 23 qui permet de réduire les oxydes d'azote présents dans le système de dépollution 33. La procédure 23, déclenchée par une unité de pilotage de purge, peut consister par exemple à modifier les rapports air/carburant envoyés au cylindre ainsi que les pressions dans le circuit d'alimentation en gaz 30, de manière à obtenir en sortie de cylindre des espèces chimiques réductrices qui viendront réduire les oxydes d'azote stockés dans le système de dépollution 33. Ce mode de fonctionnement de "purge" peut typiquement impliquer une combustion à plus haute température, et être de ce fait moins coûteux à déclencher pour certains modes de roulage que pour d'autres. Le seuil déclencheur indiqué à l'étape 22 peut donc être fonction des conditions de roulage instantané du véhicule. Dans l'exemple illustré en figure 2, l'estimation de la quantité totale de polluants accumulés dans le système de dépollution 33 permet de ne déclencher les phases d'élimination de ces polluants, qui sont coûteuses en énergie, que quand ces phases sont vraiment devenues nécessaires. La figure 3 illustre encore un autre exemple d'application d'un moteur équipé d'un système 10 d'estimation d'émissions polluantes selon l'invention. On retrouve sur la figure 3 des éléments communs aux figures 1 et 2, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes références. Dans l'exemple illustré à la figure 3, le véhicule sur lequel est monté le moteur à essence 1 est également muni d'un second groupe moteur 38, électrique, comprenant par exemple un moteur électrique 36 et une batterie 37. Pour arbitrer sur la répartition des couples à fournir par le moteur à combustion interne 1 et par le moteur électrique 36, le véhicule est équipé d'un module 25 de gestion d'énergie « LGE » référencé 25. La consigne de couple Ctot émanant de la pédale 12 est ainsi transmise au module de gestion d'énergie 25 qui, en fonction du niveau de couple demandé, de la vitesse instantanée du véhicule, et éventuellement d'autres paramètres, envoie une première consigne de couple Cote, au groupe moteur électrique 38 et une seconde consigne de couple Ctherm à un module de calcul 24 intervenant dans la régulation du moteur thermique 1. L'arbitrage entre la quantité de couple à fournir par le moteur électrique et la quantité de couple à fournir par le moteur thermique peut prendre par exemple en compte le faible rendement du moteur thermique aux couples modérés et vitesses réduites, par exemple au démarrage du véhicule, qui se fait de préférence à l'aide du moteur électrique 36. D'autres éléments peuvent bien sûr intervenir dans l'arbitrage, tels que le niveau de charge de la batterie 37 et/ou les réserves d'énergie disponible dans la batterie 37 et dans le réservoir d'essence 19. L'unité de calcul 24, qui peut jouer le rôle d'un module modérateur, peut renvoyer une valeur de consigne Ccons modifiée vers le module de gestion d'énergie 25, cette consigne modifiée Ccons étant celle que les systèmes de régulation du moteur 1 vont effectivement chercher à atteindre en agissant sur divers paramètres de fonctionnement, notamment sur la consigne de position « u » de la turbine 5b. Le module de gestion d'énergie 25 peut ainsi prendre en compte cette consigne modifiée pour compenser le différentiel entre la consigne initiale Ctherm et la consigne modifiée Ccons en augmentant ou en diminuant en conséquence la consigne Célec envoyée vers le moteur électrique 36. L'estimateur d'émissions polluantes 10, toujours à l'aide des jeux d'équations décrits précédemment, peut calculer une ou plusieurs quantités d'espèces polluantes qui permettent de lire, dans une ou plusieurs cartographies 26, les coefficients correcteurs dont ici un seul est représenté Kp012. Ce coefficient correcteur peut par exemple venir multiplier le couple de consigne Ctherm envoyé a priori par le module de gestion 25 vers le module modérateur 24. Un multiplicateur 27 peut ainsi délivrer la consigne de couple modifiée Ccons, d'une part au module de gestion d'énergie 25, et d'autre part, à un calculateur 15 de pression de suralimentation de consigne Pcons -Paons correspondant à la pression de gaz à atteindre dans le collecteur d'admission 32. Cette pression de consigne peut alors être soustraite, au niveau d'un soustracteur 29, de la pression mesurée 13,01 délivrée par le capteur de pression 9. L'écart à la consigne c peut être envoyé à un régulateur 8 qui peut être un régulateur de type PID ou un autre type de régulateur et qui délivre une valeur de régulation à l'unité de conversion 7 qui à l'aide d'autres paramètres de contrôle ainsi que de la valeur élabore alors la consigne de position « u » des ailettes de la turbine 5b. Dans l'exemple illustré en figure 3, l'estimateur 10 d'émissions polluantes permet donc d'optimiser la répartition de couples entre moteurs thermiques et moteurs électriques, non seulement sur des critères de consommation, qui sont pris en compte au niveau du module de gestion d'énergie 25, mais également de manière à limiter l'émission instantanée, et si possible les émissions globales, d'une ou de plusieurs espèces polluantes. Dans les exemples d'application décrits en figures 1, 2, ou 3, qui ne sont nullement limitatifs, on utilise donc un nombre limité de capteurs, capteurs qui sont généralement déjà présents pour d'autres aspects du contrôle du moteur thermique 1. On extrait des mesures de ces capteurs, à l'aide de l'estimateur 10, une information permettant d'adapter le contrôle du moteur à combustion interne 1 afin de limiter les rejets polluants de celui-ci. Suivant les variantes de réalisation, ces capteurs peuvent comprendre un débitmètre placé pour mesurer le flux d'air frais entrant, ou peuvent ne pas comprendre un tel débitmètre, les estimations de débit d'air entrant et de richesse se faisant alors par exemple comme dans le mode de réalisation illustré en figure 2. On réduit donc l'empreinte écologique du véhicule, en ne modifiant quasiment pas l'architecture du moteur, et sans augmenter le prix de revient du véhicule. Les capteurs utilisés sont déjà présents pour d'autres étapes de contrôle moteur, et font généralement déjà l'objet de procédures de contrôle au fur et à mesure du roulage du véhicule, ce qui permet de garantir la fiabilité des données transmises à l'estimateur d'émissions polluantes 10.

L'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits, et peut se décliner en de nombreuses variantes. Ainsi la richesse et les débits d'air entrant dans les cylindres et piégés dans les cylindres peuvent être estimés de diverses manières, correspondant au mode de réalisation de la figure 1, au mode de réalisation de la figure 2, ou à d'autres modes de réalisation. On peut utiliser une cartographie 41 de coefficient de remplissage et ne pas utiliser de cartographie de coefficient de piégeage, en considérant que ce dernier est égal à 1 en première approximation. On peut utiliser seulement une cartographie qui est déjà le produit d'une cartographie de remplissage et d'une cartographie de piégeage, et omettre le multiplicateur 44, si on n'a par exemple pas besoin de calculer la production HC d'hydrocarbures imbrûlés, et donc pas besoin de connaître le débit total d'air entrant dans les cylindres Qa'

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Moteur (1) à combustion interne, comportant un dispositif (10) d'estimation d'émissions polluantes, le dispositif d'estimation étant configuré pour calculer une première valeur (Pollut) d'émissions polluantes en prenant en compte le régime (N) de rotation du moteur (1), une température mesurée (T) de liquide de refroidissement circulant dans le moteur (1), une consommation carb,) (0 en carburant du , moteur, une valeur ( R ) estimée indicative de la richesse des gaz entrant dans les cylindres (6) du moteur, et un niveau d'avance à l'allumage ((p) du moteur.
2. 2. Moteur selon la revendication 1, dans lequel le dispositif d'estimation (10) est configuré pour calculer une première valeur (Pollut) d'émissions polluantes comme le produit d'une première fonction affine de la consommation de carburant (0 ) d'une seconde fonction affine de l'avance à l'allumage (q), d'une troisième fonction affine de la température (T) de liquide de refroidissement, et d'un terme d'exponentielle négative d'une puissance de la richesse ( R ) de gaz entrant dans les cylindres.
3. 3. Moteur selon la revendication 2, le terme négatif sous la fonction exponentielle étant proportionnel à une fonction puissance d'un écart entre la richesse (R) de gaz entrant dans le moteur et une richesse seuil.
4. 4. Moteur selon la revendication 3, dans lequel le dispositif d'estimation (10) est configuré pour calculer une seconde valeur (Pollut) d'émissions polluantes, comme un produit d'une fonction affine de la température (T) de liquide de refroidissement par la consommation en carburant carb, (0 ) du moteur, et par une troisième , fonction affine de la richesse (R ) des gaz entrant dans les cylindres du moteur.
5. 5. Moteur selon la revendication 4, dans lequel, au dessous d'une richesse seuil, le dispositif d'estimation (10) est configuré pour remplacer la troisième fonction affine de la richesse (R) des gaz entrant dans les cylindres du moteur par une valeur constante.
6. 6. Moteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel le dispositif d'estimation (10) est en outre relié à un capteur (9) de pression (13,01) dans un collecteur d'admission (32) du moteur (1) et à un capteur (11) de température (Loi) des gaz dans le collecteur d'admission (32) du moteur, ainsi qu'à un moyen d'estimation (35) de la vitesse de rotation (N) du moteur (1) et à un moyen d'estimation (44) du débit d'air (Qair, Qair mgc) entrant dans le moteur (1), et dans lequel le dispositif (10) d'estimation d'émissions polluantes est configuré pour calculer une troisième valeur (Pollut) d'émissions polluantes, comme un produit d'une fonction affine de l'avance à l'allumage ((p), par une fonction affine de la température (T) de liquide de refroidissement, multipliées par un premier polynôme du second degré fonction de l'inverse de la vitesse (N) de rotation du moteur, par un second polynôme du second degré fonction de la richesse (R), et par un troisième polynôme du second degré fonction d'une variable réduite, la variable réduite étant proportionnelle au débit d'air (Qair, Qair mgc) entrant dans le moteur et à la température (Loi) des gaz dans le collecteur d'admission, et inversement proportionnelle à la pression (13,01) des gaz dans le collecteur d'admission (32) du moteur.
7. 7. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un régulateur (18) configuré pour prendre en compte un signal d'une pédale d'accélération, et configuré pour élaborer à partir de ce signal une consigne de position (u) d'un actionneur du moteur (1), en pondérant la consigne de position (u) par une valeur cartographiée (Kpoli) en fonction d'au moins une valeur d'émission polluante (Pollut) calculée par l'estimateur (10) d'émission polluantes.
8. 8. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant un piège (33) à espèces polluantes et un dispositif d'estimation (10) configuré pour calculer une valeur instantanée (Pollut) d'émissions polluantes correspondant à l'espèce à piéger, le moteur (1) comportant en outre un moniteur de piège (20) configuré pour déterminer la quantité (Cumul) d'espèces polluantes accumuléesdans le piège (33) par intégration d'une valeur estimée (Pollut) par le dispositif d'estimation (10).
9. 9. Véhicule hybride comprenant une machine électrique (36) et comprenant un moteur à combustion interne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, le véhicule comprenant un module (25) de gestion d'énergie configuré pour délivrer une consigne (Celec) de couple électrique à fournir par la machine électrique (36) et pour délivrer une valeur souhaitée (Ctherm) de couple thermique à fournir par le moteur (1) à combustion interne, le véhicule comprenant en outre un module modérateur (24) configuré pour pondérer la valeur souhaitée (Ctherm) de couple thermique en fonction d'une valeur estimée (Pollut) d'émissions polluantes, et pour délivrer un couple thermique (Ccons) de consigne servant à élaborer une consigne de position (u) d'un actionneur du moteur (1) à combustion interne.
10. 10. Procédé de gestion d'un moteur (1) à combustion interne, dans lequel on estime au moins une valeur (Pollut) d'émission d'une espèce polluante à l'aide de paramètres moteur autres que la pression des gaz dans les cylindres (6) du moteur (1), au moins une valeur d'émission polluantes étant calculée comme le produit d'une première fonction affine de la consommation carb, (0 de carburant, d'une seconde , , fonction affine de l'avance ((p) à l'allumage du moteur, d'une troisième fonction affine de la température (T) de liquide de refroidissement du moteur, et d'un terme d'exponentielle négative d'une puissance de la richesse (R) du mélange comburant dans les cylindres (6) du moteur.