FR3051227A1 - Procede de commande d'un moteur a allumage commande - Google Patents

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Abstract

Procédé de commande d'un moteur à allumage commandé, le moteur (1) comprenant une pluralité de cylindres (2, 3, 4) chacun pourvu d'au moins une soupape d'admission (22) d'air, d'au moins une soupape d'échappement (23) des gaz de combustion générés par le moteur (1) et d'un injecteur de carburant (6, 7, 8), un dispositif de traitement (18) des gaz de combustion actif à partir d'une température de mise en action étant placé en aval de la soupape d'échappement (23). Dans le procédé selon l'invention, on compare la température du dispositif de traitement (18) avec une température de seuil de mise en action et, tant que la température du dispositif de traitement (18) est inférieure à la température de seuil, on coupe l'alimentation en carburant dans un ou plusieurs des cylindres (2, 3, 4) du moteur (1) et, simultanément à l'arrêt de l'alimentation en carburant, on ouvre les soupapes d'admission (22) et d'échappement (23).

Description

Procédé de commande d’un moteur à allumage commandé
La présente invention concerne, de manière générale, un procédé pour la réduction des émissions de polluants par un moteur à allumage commandé de véhicule automobile, et se rapporte plus particulièrement à la réduction des émissions de polluants lorsque le moteur est froid.
Par moteur à allumage commandé, on entend tout moteur à combustion interne de type moteur à essence. Généralement, un catalyseur ou pot catalytique est monté à l’échappement du moteur et traite les gaz de combustion tels que les hydrocarbures, monoxydes de carbone, ou encore oxydes d’azotes, émis par le moteur. L’efficacité du catalyseur est liée à sa température. Lorsque le catalyseur est froid, c’est-à-dire à une température inférieure à sa température de mise en action, celui-ci n’est pas ou peu actif. En conséquence, le démarrage à froid et le fonctionnement lors des premières secondes du moteur engendrent une émission importante de polluants.
Un réglage du moteur couramment utilisé consiste à ajuster l’avance du moteur à l’allumage, et décaler la combustion vers la détente des gaz, conventionnellement appelé sous-avance. Il en découle une augmentation de la température des gaz d’échappement, et par conséquent de celle du catalyseur qui atteint plus rapidement sa température de mise en action.
Toutefois, malgré l’augmentation avantageuse de température du catalyseur, le fonctionnement en sous-avance engendre à la fois une instabilité du moteur, une surconsommation de carburant et surtout une augmentation d’émission des polluants. En effet, le moteur requiert un débit d’air plus grand, ce qui entraîne une augmentation du débit d’échappement et, par conséquent, du débit de polluants émis.
Une autre stratégie consiste à injecter de l’air à l’échappement du moteur, en amont du catalyseur.
Le document FR 2840643 décrit, par exemple, un agencement facilitant le traitement des gaz d’échappement d’un moteur suralimenté. Le traitement repose sur l’injection d’une portion du débit d’air, soutiré au moteur, à l’échappement, et cela via un conduit de dérivation. L’apport d’oxygène aux gaz de combustion qui en résulte entraîne une augmentation plus rapide de la température du catalyseur.
Cependant, cette solution reste complexe et coûteuse, puisqu’elle requiert l’installation de composants additionnels pour la redirection de l’air. L’invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer un procédé de réduction des émissions polluantes à froid d’un moteur à allumage commandé, ne perturbant pas la stabilité du moteur et limitant la consommation de carburant.
Il est donc proposé un procédé de commande d’un moteur à allumage commandé, le moteur comprenant une pluralité de cylindres chacun pourvu d’au moins une soupape d’admission d’air, d’au moins une soupape d’échappement des gaz de combustion générés par le moteur et d’un injecteur de carburant, un dispositif de traitement des gaz de combustion actif à partir d’une température de mise en action étant placé en aval de la soupape d’échappement.
Dans le procédé selon l’invention, on compare la température du dispositif de traitement avec une température de seuil de mise en action et, tant que la température du dispositif de traitement est inférieure à la température de seuil, on coupe l’alimentation en carburant dans un ou plusieurs des cylindres du moteur et, simultanément à l’arrêt de l’alimentation en carburant, on ouvre les soupapes d’admission et d’échappement. L’ouverture des soupapes d’admission et d’échappement dans les cylindres où l’alimentation en carburant est stoppée permet la circulation d’air vers le dispositif de traitement des gaz de combustion placé en aval de la soupape d’échappement.
Avantageusement, l’arrêt de l’alimentation en carburant et l’ouverture des soupapes d’admission et d’échappement de chaque cylindre du moteur sont réalisés de façon cyclique de sorte qu’ils sont réalisés dans un ou plusieurs cylindres différents par cycles successifs de combustion.
De manière encore plus avantageuse, la combustion réalisée par le moteur est décalée vers la détente des gaz.
Préférablement, la quantité de carburant nécessaire à la combustion dans un cylindre est injectée en plusieurs étapes.
Selon une autre caractéristique de l’invention, l’injection peut être réalisée en trois étapes, la dernière injection, d’une durée relativement plus faible, étant réalisée proche de l’allumage.
En outre, la température du dispositif de traitement des gaz de combustion peut être contrôlée par un capteur de température.
Avantageusement, l’arrêt de l’alimentation en carburant des cylindres du moteur est réalisé par un dispositif de commande apte à coopérer avec le capteur de température du dispositif de traitement des gaz.
De manière encore plus avantageuse, un dispositif de commande peut être apte à contrôler le pourcentage d’ouverture des soupapes d’admission et d’échappement des cylindres dont l’alimentation en carburant est coupée.
Selon un autre mode de réalisation, on peut estimer la quantité de carburant à injecter pour la combustion dans un cylindre, en fonction de la quantité d’air présente dans ce cylindre. D’autres buts, avantages et caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 illustre schématiquement un moteur à allumage commandé relié à un dispositif de traitement des gaz de combustion générés par le moteur pour son utilisation dans un procédé de commande selon un mode de réalisation de l’invention ; et - La figure 2 illustre une vue en coupe d’un cylindre de moteur à allumage commandé pour son utilisation dans un procédé de commande selon un mode de réalisation de l’invention.
Comme illustré à la figure 1, un moteur à allumage commandé désigné par la référence numérique générale 1 comprend une pluralité de cylindres 2, 3 et 4. Dans l’exemple illustré, le moteur 1 est pourvu de trois cylindres 2, 3 et 4.
Chaque cylindre 2, 3 et 4 comprend un injecteur de carburant, respectivement 6, 7 et 8, pouvant être alimenté en carburant par un conduit 5, par exemple une rampe commune d’alimentation en carburant 5.
Un conduit d’alimentation 9, alimenté en air 10, débouche avantageusement dans chaque cylindre 2, 3 et 4 par l’intermédiaire d’un conduit d’admission, respectivement 11, 12 et 13.
Dans cette représentation, un conduit d’échappement 14, 15, 16 des gaz de combustion générés par le moteur 1 débouche de chaque cylindre 2, 3 et 4. Les trois conduits d’échappement 14, 15, 16 débouchent vers un conduit commun 17 connecté à un dispositif de traitement 18 des gaz de combustion générés par le moteur 1.
En outre, le dispositif de traitement 18 actif à partir d’une température de mise en action correspond, de préférence, à un catalyseur trois voies pour le traitement simultané d’oxyde d’azote, de monoxyde de carbone et d’hydrocarbure. En outre, le dispositif de traitement 18 comprend des moyens de détermination 21 de la température du dispositif 18, par exemple un capteur de température 21. En variante très courante, il peut aussi s’agir d’un modèle qui est par exemple une fonction d’un ensemble de paramètres de fonctionnement du moteur, comprenant au moins le régime du moteur, le couple du moteur, et, une température du liquide de refroidissement du moteur.
Dans l’exemple illustré, le dispositif de traitement 18 est disposé en amont d’un pot d’échappement 19 destiné à l’échappement des gaz traités 20 par le dispositif de traitement 18.
La figure 2 illustre une vue en coupe d’un des cylindres 2, 3, 4 du moteur 1. Dans l’exemple illustré, les trois cylindres 2, 3 et 4 sont configurés de manière similaire. Le cylindre 2 représenté comprend une chambre de combustion 24, un piston 25 et une bougie d’allumage 26.
En outre, le cylindre 2 comprend une soupape 22 d’admission d’air et une soupape 23 d’échappement des gaz de combustion générés par le moteur 1. Bien entendu, il peut être envisagé que chaque cylindre 2, 3 et 4 soit pourvu de soupape d’admission 22 et de soupape d’échappement 23 supplémentaires. Les soupapes 22 et 23 sont représentées à l’état ouvert.
Tel que cela est illustré aux figures 1 et 2, les soupapes d’admission 22, les soupapes d’échappement 23, les injecteurs de carburant 6, 7 et 8 ainsi que le capteur de température 21 sont reliés à un dispositif de commande 27.
Le dispositif de commande 27 comprend des moyens de déconnexion des soupapes 22 et 23, aptes à commander la levée des soupapes 22, 23 selon des lois d’ouverture et de fermeture prédéfinies pour la combustion normale de carburant dans un des cylindres 2, 3, 4 du moteur, et aptes par ailleurs à maintenir les soupapes 22, 23 en position complètement fermée ou complètement ouverte sur au moins un des cylindres 2, 3, 4 du moteur.
Lorsque la température du dispositif de traitement 18, c’est-à-dire dans cet exemple la température du catalyseur, est inférieure à sa température de seuil de mise en action, l’alimentation en carburant d’un ou plusieurs des cylindres 2, 3 et 4 est coupée et, de manière simultanée à cet arrêt de l’alimentation, les soupapes d’admission 22 et d’échappement 23 de ces mêmes cylindres sont ouvertes.
La température du catalyseur est généralement inférieure à sa température de seuil de mise en action lorsque le moteur 1 est froid, ce qui est notamment le cas lors du démarrage et des premières secondes de fonctionnement de ce dernier.
Dans l’exemple illustré, lorsque la température du catalyseur est inférieure à sa température de seuil de mise en action, le cylindre 2 est déconnecté, c’est-à-dire que son alimentation en carburant est coupée et ses soupapes d’admission 22 et d’échappement 23 sont ouvertes, comme cela est illustré à la figure 2. En parallèle, les cylindres 3 et 4 ne sont pas déconnectés et fonctionnent normalement.
Dans cette configuration, l’air 10 injecté dans le conduit d’admission 11 passe, via le cylindre 2, vers le conduit d’échappement 14. L’air peut alors se diriger vers le catalyseur 18.
Avantageusement, dans un second cycle de combustion, le cylindre 2 est de nouveau alimenté en carburant et ses soupapes d’admission 22 et d’échappement 23 sont fermées. En parallèle, le cylindre 3 est à son tour déconnecté. L’alimentation en carburant du cylindre 3 est coupée et ses soupapes sont ouvertes.
Dans un troisième cycle de combustion, le cylindre 3 est de nouveau alimenté en carburant et ses soupapes d’admission et d’échappement sont fermées. En parallèle, le cylindre 4 est déconnecté, l’alimentation en carburant du cylindre 3 est coupée et ses soupapes sont ouvertes.
Chaque cylindre 2, 3 et 4 du moteur 1 peut ainsi être déconnecté de manière successive, au fil des cycles successifs de combustion. L’arrêt de l’alimentation en carburant des différents cylindres 2, 3, 4 ainsi que l’ouverture des soupapes sont alors cycliques. L’arrêt de l’alimentation en carburant des différents cylindres 2, 3, 4 ainsi que l’ouverture de leurs soupapes sont réalisés jusqu’à ce que le catalyseur 18 atteigne sa température de seuil de mise en action, à partie de laquelle il traite efficacement les émissions polluantes du moteur 1.
Dans un autre mode de réalisation, il est possible d’envisager que plusieurs des cylindres 2, 3, 4 soient déconnectés, laissant cependant au moins un cylindre en fonction, alimenté en carburant, pour permettre le fonctionnement du moteur 1 qui peut ainsi transmettre le couple nécessaire, par exemple, à un véhicule automobile.
Selon encore un autre mode de réalisation, il est possible que l’arrêt de l’alimentation en carburant et l’ouverture des soupapes 22, 23 d’un ou plusieurs cylindres 2, 3, 4 ne soient pas cycliques, et concernent un ou plusieurs cylindres de manière continu jusqu’à atteindre la température de seuil de mise en action du dispositif de traitement 18.
Dans l’exemple illustré, le dispositif de commande 27 est apte à contrôler l’alimentation en carburant des cylindres 2, 3, 4, et l’ouverture et la fermeture de leurs soupapes d’admission 22 et d’échappement 23.
Le dispositif de commande 27 coopère avec le capteur de température 21 du catalyseur 18, les soupapes d’admission 22 et d’échappement 23 de chaque cylindre 2, 3, 4 ainsi que l’injecteur de carburant 6, 7 et 8 de ces derniers. Par conséquent, lorsque le dispositif de commande 27 relève que la température du catalyseur 18 indiquée par le capteur de température 21 est inférieure à sa température de seuil de mise en action, le dispositif de commande 27 procède à l’arrêt de l’alimentation en carburant dans un ou plusieurs des cylindres 2, 3 4 et à l’ouverture des soupapes 22, 23 des cylindres concernés par cet arrêt.
Il pourra aussi être envisagé que le contrôle du capteur de température 21, des injecteurs en carburant 6, 7, 8 et des soupapes d’admission 22 et d’échappement 23 soit réalisé par des dispositifs de commande 27 différents. L’ouverture des soupapes d’admission 22 et d’échappement 23 des cylindres non alimentés en carburant permet le passage d’air vers le catalyseur 18. Cette augmentation du débit d’air et son contact avec le catalyseur 18 ont pour conséquence l’augmentation plus rapide de la température du catalyseur 18 qui atteint ainsi plus vite sa température de seuil de mise en action, ainsi que la diminution de la production d’hydrocarbures. Il en résulte une émission réduite des gaz polluants. L’injection d’air vers le catalyseur 18 est alors réalisée sans modification du moteur 1 ni système additionnel. En outre, le procédé de commande selon l’invention est applicable à la fois à des moteurs à injection directe et à injection indirecte.
Selon une caractéristique de l’invention, le fonctionnement du moteur 1 est réalisé, de préférence, en sous-avance, la combustion du moteur 1 étant décalée vers la détente des gaz. Cette stratégie de réglage concourt à l’augmentation rapide de la température du catalyseur 18. L’injection d’air vers le catalyseur 18, via les soupapes 22, 23 ouvertes, réalisée en parallèle de la déconnexion de cylindres rend le moteur plus stable qu’en sous-avance uniquement et limite la consommation en carburant.
En outre, il pourra être prévu que la quantité de carburant nécessaire à la combustion, avantageusement contrôlée par le dispositif de commande 27, soit injectée en plusieurs étapes, de manière à augmenter la stabilité du moteur 1.
De préférence, l’injection de carburant dans les cylindres non déconnectés est réalisée en trois étapes, la dernière injection d’une durée très faible étant réalisée proche de l’allumage par la bougie 26.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la quantité de carburant à injecter pour la combustion dans un cylindre 2, 3, 4 est estimée, avantageusement, par le dispositif de commande 27, en fonction de la quantité d’air présente dans ce cylindre.
De surcroît, on pourra prévoir que le dispositif de commande 27 soit apte à contrôler le pourcentage d’ouverture des soupapes d’admission 22 et d’échappement 23 des cylindres 2, 3, 4 dont l’alimentation en carburant est coupée. De cette manière, on pourra ouvrir soit totalement, soit partiellement les soupapes 22, 23, de façon à optimiser le fonctionnement du moteur 1.
On pourra également prévoir que le procédé soit utilisé sur un moteur autre qu’un moteur de véhicule automobile.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de commande d’un moteur à allumage commandé, le moteur (1) comprenant une pluralité de cylindres (2, 3, 4) chacun pourvu d’au moins une soupape d’admission (22) d’air, d’au moins une soupape d’échappement (23) des gaz de combustion générés par le moteur (1) et d’un injecteur de carburant (6, 7, 8), un dispositif de traitement (18) des gaz de combustion actif à partir d’une température de mise en action étant placé en aval de la soupape d’échappement (23), caractérisé en ce que l’on compare la température du dispositif de traitement (18) avec une température de seuil de mise en action et, tant que la température du dispositif de traitement (18) est inférieure à la température de seuil, on coupe l’alimentation en carburant dans un ou plusieurs des cylindres (2, 3, 4) du moteur (1) et, simultanément à l’arrêt de l’alimentation en carburant, on ouvre les soupapes d’admission (22) et d’échappement (23).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’arrêt de l’alimentation en carburant et l’ouverture des soupapes d’admission (22) et d’échappement (23) de chaque cylindre (2, 3, 4) du moteur (1) sont réalisés de façon cyclique de sorte qu’ils sont réalisés dans un ou plusieurs cylindres (2, 3, 4) différents par cycles successifs de combustion.
  3. 3. Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la combustion réalisée par le moteur (1) est décalée vers la détente des gaz.
  4. 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité de carburant nécessaire à la combustion dans un cylindre (2, 3, 4) est injectée en plusieurs étapes.
  5. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l’injection est réalisée en trois étapes, la dernière injection d’une durée relativement plus faible étant réalisée proche de l’allumage.
  6. 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température du dispositif de traitement (18) des gaz de combustion est contrôlée par un capteur de température (21).
  7. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’arrêt de l’alimentation en carburant des cylindres (2, 3, 4) du moteur (1) est réalisé par un dispositif de commande (27) apte à coopérer avec le capteur de température (21) du dispositif de traitement (18) des gaz.
  8. 8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un dispositif de commande (27) est apte à contrôler le pourcentage d’ouverture des soupapes d’admission (22) et d’échappement (23) des cylindres (2, 3, 4) dont l’alimentation en carburant est coupée.
  9. 9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’on estime la quantité de carburant à injecter pour la combustion dans un cylindre (2, 3, 4), en fonction de la quantité d’air présente dans ce cylindre (2, 3, 4).
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