Brevet FR2832190A1 — publié le 20030516

Procédé et système de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne. La présente invention concerne un procédé de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne équipé d'une ligne d'échappement pourvue d'un pot catalytique. Elle concerne également un système de mise en oeuvre de ce procédé. Comme on le sait, les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne, notamment des véhicules automobiles, contiennent des espèces chimiques nocives que l'on traite couramment en dotant les lignes d'échappement d'un pot catalytique dont la fonction est essentiellement de transformer les espèces chimiques émises par la combustion en substances non polluantes, par un procédé de catalyse. Or, pour fonctionner de façon satisfaisante, c'est-à-dire pour convertir efficacement les gaz de combustion provenant du moteur, ces pots catalytiques doivent être portés à une température relativement élevée, supérieure à environ 250 C, pour permettre l'établissement et l'entretien des réactions chimiques et conduire ainsi à une transformation quasi totale des gaz polluants, afin de rejeter vers l'extérieur, en sortie de la ligne d'échappement, des gaz non nocifs. Se pose alors le problème de la montée en température du pot catalytique, et ce le plus rapidement possible, jusqu'à une température d'environ 250 C, l'efficacité du pot en deçà de cette température chutant de façon déterminante. Ce problème se pose de façon accrue lors du démarrage du moteur à basse température, c'est-à-dire pour des températures de l'ordre de +15 C ou à des températures inférieures. Il a en effet été constaté que, pour de telles températures, alors que la montée en température du catalyseur de la ligne d'échappement s'effectue de façon correcte, l'accroissement du taux de conversion des espèces chimiques, et en particulier du HC, est affecté de façon sensible. En effet, alors que pour un démarrage à froid à une température ambiante de l'ordre en moyenne de 20 C, le taux de conversion des espèces chimiques croît jusqu'à environ 100%. Au contraire, pour un démarrage à froid à une température de-7 C, le taux de conversion croît de manière insuffisante et reste bloqué jusqu'à des valeurs comprises entre 80% et 100% d'efficacité pendant les premier kilomètres du véhicule, alors que le chauffage du catalyseur s'effectue correctement. Le but de l'invention est donc de pallier cet inconvénient et de fournir un procédé et un système de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne permettant d'obtenir relativement rapidement un taux de conversion des gaz d'émission de l'ordre de 100%, même lors d'un démarrage à très basse température. Ainsi, selon l'invention, il est proposé un procédé de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne équipé d'une ligne d'échappement pourvue d'un pot catalytique, au cours duquel : - après démarrage du moteur, on procède à une première phase de réchauffage par positionnement d'un calculateur de commande du fonctionnement du moteur dans des états successifs aptes à provoquer un retrait d'avance à l'allumage pour le réchauffage du pot catalytique ; on procède à une deuxième phase de réchauffage au cours de laquelle on positionne le calculateur dans au moins un deuxième état apte à augmenter l'avance à l'allumage. Selon un aspect de ce procédé, préalablement à la première phase de réchauffage, on mesure la température du moteur et l'on compare la température du moteur avec au moins une valeur de seuil de détection de démarrage du moteur à basse température et, en cas de démarrage à basse température, on met en oeuvre une phase intermédiaire de commande au cours de laquelle on interdit le retrait d'avance à l'allumage. Ainsi, en cas de démarrage à basse température, on met en oeuvre une phase d'attente au cours de laquelle la température du moteur croît jusqu'à une valeur suffisante pour effectuer la phase successive de retrait d'avance à l'allumage. Selon un mode de mise en oeuvre de ce procédé, la valeur de seuil est réglable et inférieure à +15 C. Selon un autre mode de mise en oeuvre de ce procédé, au cours de la phase intermédiaire de commande, on autorise l'augmentation de l'avance à l'allumage. En variante ou de façon cumulative, au cours de cette phase intermédiaire de commande, on peut autoriser le fonctionnement du moteur en sur-régime. Selon un exemple de mise en oeuvre, au cours de la première phase de réchauffage, on positionne le calculateur dans un premier état de commande de retrait d'avance pour le réchauffage proprement dit du pot catalytique, on positionne le calculateur dans un deuxième état apte à commander l'alimentation du moteur avec un mélange pauvre et l'on positionne le calculateur dans un troisième état apte à provoquer l'alimentation du moteur avec un mélange à richesse augmentée. De préférence, on détermine la durée des états du calculateur en fonction de la température du moteur. Avantageusement, au cours de la première phase de réchauffage, on transfert les calories produites lors du fonctionnement du moteur vers le pot catalytique, et au cours de la deuxième phase de réchauffage, on transfert les calories produites lors du fonctionnement du moteur vers le circuit de refroidissement du moteur Selon l'invention, il est également proposé un système de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne équipé d'une ligne d'échappement pourvue d'un pot catalytique, comprenant une unité centrale apte à piloter le fonctionnement du moteur selon une première phase de réchauffage par retrait d'avance à l'allumage pour le réchauffage du pot catalytique et d'une deuxième phase de réchauffage au cours de laquelle on positionne le calculateur dans au moins un deuxième état apte à augmenter l'avance à l'allumage. Selon un aspect de ce système de commande, ce dernier comporte en outre des moyens pour mettre en oeuvre une phase intermédiaire de réchauffage, préalable à ladite première phase, au cours de laquelle le retrait d'avance à l'allumage est interdit. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront 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 un schéma synoptique illustrant l'alimentation d'un pot catalytique avec les gaz d'échappement provenant d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile pourvu d'un système de commande du fonctionnement de ce dernier ; - la figure 2 montre des courbes illustrant la variation de la température du moteur en fonction du temps, pour un démarrage à froid à des températures ambiantes de 20 C et de-7 C, respectivement ; - la figure 3 montre des courbes illustrant la variation du taux de conversion des espèces chimiques, en l'espèce des HC, des gaz d'échappement en fonction du temps, pour un démarrage à froid à des températures ambiantes de 20 C et de-7 C, respectivement, en utilisant un procédé de commande conforme à l'état de la technique ; et - la figure 4 est un organigramme montrant les principales phases du procédé de commande selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un schéma synoptique illustrant la structure générale d'un moteur à combustion interne, ses moyens d'alimentation en air et d'échappement des gaz de combustion, ainsi que ses moyens de pilotage. Sur cette figure 1, la référence numérique générale 10 désigne de façon très schématique le carter du moteur, lequel comporte, dans l'exemple considéré, quatre cylindres 12 en ligne. Les cylindres 12 sont alimentés en air par l'intermédiaire d'un répartiteur d'admission 14, lui-même alimenté par une conduite 16 pourvue d'un filtre à air (non représenté). Les gaz brûlés, qui résultent de la combustion du mélange d'air et de carburant dans chaque cylindre 12, sont évacués par des conduites d'échappement, recueillis par un collecteur d'échappement 18 et rejetés dans l'environnement ambiant par une ligne d'échappement 20. Comme on le voit sur cette figure 1, la ligne d'échappement 20 est pourvue d'un pot catalytique 22 dont la fonction essentielle est de réaliser une transformation des espèces chimiques nocives émises par la combustion, telles que le CO, le HC,..., en substances non polluantes, par un procédé de catalyse connu en soi. Pour que de telles réactions chimiques de catalyse se produisent dans le pot 22, il convient que la température de ce dernier s'élève le plus rapidement possible après démarrage du moteur, de sorte que sa température soit portée à une température d'au moins environ 250 C jusqu'à environ 500 C. A cet effet, un calculateur électronique, désigné par la référence numérique générale 24, pilote le fonctionnement du moteur par exemple en contrôlant l'injection de carburant pour l'ajustement de la richesse du mélange d'air et de carburant, de manière à régler les différents paramètres de fonctionnement du moteur, tels que l'avance à l'allumage. Comme indiqué précédemment, le problème de la montée en température du pot catalytique 22 se pose de façon accrue pour des démarrages à basse température, par exemple inférieures à +15 C et notamment de l'ordre-7 C, conduisant ainsi les instances réglementaires à instaurer des réglementations destinées à imposer des niveaux minima de conversion des espèces chimiques nocives en espèces non nocives ainsi que des temps de montée en efficacité minima. Il a été constaté que, pour de tels niveaux de température, ce problème de taux de conversion est sensiblement indépendant de la montée en température du pot catalytique. On voit en effet sur les figures 2 et 3 que la montée en température du pot catalyseur 22 s'effectue correctement pour des démarrages à des températures ambiantes de l'ordre de 20 C (courbe A) et de l'ordre de-7 C (courbe B), dans la mesure où l'on obtient une température de fonctionnement de l'ordre de 500 C au bout d'environ 3 minutes de fonctionnement. En ce qui concerne l'efficacité de conversion des gaz nocifs, tels qu'en l'espèce le HC, ce taux atteint une valeur de l'ordre de 100% pour un démarrage à 20 C et ce, relativement rapidement (courbe C). Au contraire, pour un démarrage à-7 C (courbe D), l'efficacité de conversion présente une croissance relativement lente. On constate à cet égard l'apparition d'un palier jusqu'à environ 5 minutes de fonctionnement, ce qui correspond à une distance parcourue de 2 km dans l'exemple de réalisation considéré, au cours duquel l'efficacité de conversion reste bloquée à environ 80%. On a représenté sur la figure 4 un organigramme illustrant les principales phases du procédé de commande de fonctionnement du moteur selon l'invention, permettant de pallier cet inconvénient. Ce procédé est réalisé sous la forme d'un programme informatique stocké en mémoire dans le calculateur électronique 24. Comme cela sera décrit en détails par la suite, ce procédé comporte un ensemble de phases successives mises en oeuvre en fonction de la température de démarrage du moteur et correspondant chacune à un état de fonctionnement du calculateur. Comme on le voit sur cette figure 4, après démarrage du moteur (étape 26), on mesure lors de l'étape 28 suivante la température du moteur au moyen d'un capteur de température 30 (figure 1) approprié, par exemple disposé en relation d'échange thermique avec le liquide circulant dans le circuit de refroidissement du moteur. Lors de l'étape 32 suivante, le calculateur 24 réalise une comparaison entre la température mesurée du moteur et une ou plusieurs valeurs de seuil calibrable en dessous de laquelle on décide que le démarrage effectué est un démarrage à basse température. Par exemple, la valeur de seuil correspond à un démarrage à froid à une température ambiante de +15 C. A l'issu de cette étape 32 de comparaison, si la température du moteur mesurée est supérieure à la valeur de seuil, lors de l'étape 34 suivante, on met en oeuvre une première phase de réchauffage du moteur par positionnement du calculateur 24 dans un état de commande de retrait d'avance à l'allumage pour provoquer le réchauffage proprement dit du pot catalytique 22. Lors des étapes 36 et 38 suivantes, le calculateur 24 est positionné dans des deuxième et troisième états, respectivement, aptes à provoquer un retrait d'avance à l'allumage et à contrôler la richesse du mélange air-carburant alimentant le moteur. Au cours de ces phases, on autorise, le cas échéant, un surrégime du moteur, au ralenti. On notera que la procédure utilisée lors des étapes 34,36 et 38 mentionnées précédemment est constituée par une technique de type classique, à la portée d'un homme du métier. Elle ne sera donc pas décrite en détails par la suite. On notera toutefois qu'elle consiste essentiellement à commander l'instant d'allumage dans le cycle de fonctionnement du moteur de manière à diminuer l'avance à l'allumage et à agir sur la richesse du mélange air-carburant alimentant le moteur de manière à réchauffer le catalyseur, les calories véhiculées par les gaz d'échappement étant transmises vers le catalyseur. On notera également, en particulier, que le deuxième état du calculateur, dans lequel ce dernier est positionné lors de l'étape 36 mentionnée précédemment, correspond à un état dans lequel le moteur est commandé de manière à être alimenté par un mélange air-carburant pauvre, alors que dans le troisième état, mis en oeuvre lors de l'étape suivante 38, le calculateur commande le moteur de manière à provoquer une commande dite de répartition de richesse. En particulier, on augmente la richesse du mélange air-carburant sur un ou plusieurs des cylindres du moteur et on le diminue sur le ou les autres afin une richesse égale à 1 sur l'ensemble des cylindres. Lors de l'étape 40 suivante, on procède à une deuxième phase de réchauffage au cours de laquelle le calculateur 24 est positionné dans un état apte à augmenter l'avance à l'allumage, c'est-à-dire à effectuer une phase dite de sur-avance , afin de chauffer l'habitacle. On notera à cet égard que la technique utilisée pour provoquer une avance à l'allumage est constituée par une technique classique à la portée d'un homme du métier. Elle ne sera donc pas décrite en détails. Toutefois cette augmentation d'avance à l'allumage est utilisée pour provoquer un chauffage de l'eau du circuit de refroidissement du moteur de manière à, le cas échéant, réchauffer l'habitacle du véhicule automobile et/ou stabiliser la combustion à froid. On notera par ailleurs que les étapes 34,36, 38 et 40 précédemment mentionnées sont réalisées successivement. Leur durée est, par exemple, déterminée par le calculateur 24, en particulier en fonction de la température du moteur, laquelle est délivrée par le capteur 30. Par ailleurs, si lors de l'étape 32 mentionnée précédemment, il est déterminé que la température de démarrage à froid du moteur est inférieure à la valeur de seuil, traduisant dès lors que le démarrage réalisé est un démarrage à basse température, il est mis en oeuvre une phase intermédiaire 42, préalable à l'étape 34 de réchauffage du catalyseur mentionnée précédemment, au cours de laquelle on interdit toute diminution de l'avance à l'allumage. Cette phase intermédiaire est maintenue tant que le moteur n'a pas atteint une température suffisante pour procéder à un tel mode de fonctionnement. Néanmoins, au cours de cette phase intermédiaire 42, on autorise un fonctionnement du moteur en sur-régime au ralenti ou en augmentation d'avance à l'allumage, par exemple pour réchauffer l'habitacle du véhicule. Cette phase préalable 42 est maintenue tant que le moteur n'a pas atteint une température de fonctionnement suffisante pour réaliser un retrait d'avance à l'allumage. Il a été constaté que la mise en oeuvre de cette phase permet, pour un démarrage à froid, de mettre en oeuvre les étapes 34,36, 38 précédemment mentionnées de retrait d'avance à l'allumage qui seraient sinon impossible à mettre en oeuvre. Il est ainsi possible d'accroître de manière considérable la vitesse d'augmentation du taux de conversion des espèces chimiques générées lors de la combustion du mélange air-carburant, même en cas de démarrage à froid à basse température. On observe en effet une diminution, voire une disparition, du pallier dans le taux de conversion des espèces chimiques, ce dernier atteignant une valeur proche de 100% après environ deux minutes de fonctionnement, c'est-à-dire dès que la température du catalyseur a atteint un niveau suffisant pour réaliser la transformation des gaz nocifs. Comme on le conçoit, le système et le procédé de commande qui viennent d'être décrits sont d'une mise en oeuvre particulièrement aisée dans la mesure où, essentiellement, elle ne nécessite qu'une adaptation du logiciel de commande stocké dans le calculateur, les véhicules automobiles étant généralement pourvus d'un capteur de mesure de la température du moteur. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande du fonctionnement d'un moteur (10) à combustion interne équipé d'une ligne d'échappement (20) pourvue d'un pot catalytique (22), au cours duquel : - après démarrage du moteur, on procède à une première phase de réchauffage par positionnement d'un calculateur (24) de commande du fonctionnement du moteur dans des états successifs aptes à provoquer un retrait d'avance à l'allumage pour le réchauffage du pot catalytique (22) ; on procède à une deuxième phase de réchauffage au cours de laquelle on positionne le calculateur (24) dans au moins un deuxième état apte à augmenter l'avance à l'allumage, caractérisé en ce que préalablement à la première phase de réchauffage, on mesure la température du moteur (10) et l'on compare la température du moteur avec au moins une valeur de seuil de détection de démarrage du moteur à base température et, en cas de démarrage à basse température, on met en oeuvre une phase intermédiaire de commande au cours de laquelle on interdit le retrait d'avance à l'allumage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de seuil est réglable et inférieure à +15 C. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au cours de la phase intermédiaire de commande, on autorise l'augmentation de l'avance à l'allumage. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au cours de la phase intermédiaire de commande, on autorise le fonctionnement du moteur (10) en sur-régime. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'au cours de la première phase de réchauffage, on positionne le calculateur (24) dans un premier état de commande de retrait d'avance pour le réchauffage proprement dit du pot catalytique (22), on positionne le calculateur (24) dans un deuxième état apte à commander l'alimentation du moteur avec un mélange pauvre, et l'on positionne le calculateur dans un troisième état apte à provoquer l'alimentation du moteur avec un mélange à richesse augmentée. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on détermine la durée des états du calculateur en fonction de la température du moteur. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au cours de la première phase de réchauffage, on transfert les calories produites lors du fonctionnement du moteur vers le pot catalytique (22), et en ce qu'au cours de la deuxième phase de réchauffage, on transfert les calories produites lors du fonctionnement du moteur vers le circuit de refroidissement du moteur. 8. Système de commande du fonctionnement d'un moteur (10) à combustion interne équipé d'une ligne d'échappement (20) pourvue d'un pot catalytique (22), comprenant une unité centrale (24) apte à piloter le fonctionnement du moteur selon une première phase de réchauffage par retrait d'avance à l'allumage pour le réchauffage du pot catalytique (22) et une deuxième phase de réchauffage au cours de laquelle on positionne le calculateur (24) dans au moins un deuxième état apte à augmenter l'avance à l'allumage, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour mettre en oeuvre une phase intermédiaire de réchauffage, préalable à ladite première phase, au cours de laquelle le retrait d'avance à l'allumage est interdit.