Brevet FR2836514A1 — publié le 20030829

Procédé et dispositif 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. Elle se rapporte également à un dispositif de commande permettant la mise en oeuvre d'un tel 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 de moyens de traitement, tels que des catalyseurs d'oxydation, des filtres à particules, des pièges à NOx, dont la fonction est essentiellement de transformer les espèces chimiques émises par la combustion en substances non polluantes ou de piéger ces espèces chimiques. En ce qui concerne les catalyseurs d'oxydation, pour fonctionner de façon satisfaisante, c'est-à-dire pour convertir efficacement les gaz de combustion provenant du moteur, ces moyens de traitement doivent être portés à une température relativement élevée 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 des moyens de traitement, et ce le plus rapidement possible, l'efficacité de ces moyens de traitement chutant de manière déterminante en deçà d'une température nominale de fonctionnement. En ce qui concerne les moyens de traitement dits actifs , c'est-à-dire les filtres à particules ou les pièges à NOx, une fois ces filtres ou pièges pleins, il est nécessaire de mettre en oeuvre une phase de régénération, consistant essentiellement à vider le filtre en brûlant les particules. Cette régénération est généralement obtenue en prévoyant des phases de chauffage spécifiques au cours du fonctionnement du moteur. De manière conventionnelle, pour augmenter la température de fonctionnement des moyens de traitement, en vue d'améliorer leur efficacité ou pour permettre des phases de régénération, on agit sur l'injection de carburant dans le moteur. Ainsi, en ce qui concerne l'amorçage des catalyseurs d'oxydation, on provoque une combustion retardée apte à augmenter la température des gaz d'échappement. Comme on le conçoit, cette stratégie s'accompagne d'une dégradation du rendement global du moteur. En ce qui concerne la régénération du filtre à particules, on met en oeuvre des stratégies de post-injection aptes à permettre l'obtention de niveaux de température suffisants à l'entrée du filtre pour provoquer la régénération. Cette dernière technique, combinée à un réglage de la richesse du mélange air-carburant de manière à avoir une richesse de 1, c'est-àdire dans des conditions stoechiométriques, est également utilisée pour la régénération des pièges à NOx. Comme on le conçoit, ces stratégies engendrent une augmentation de la consommation en carburant relativement importante. Il a en effet été constaté que cette augmentation de consommation pouvait atteindre 5%. En outre, la modification de la richesse du mélange air carburant nécessite des phases de réglage très délicates à contrôler, en particulier lors des phases de transition entre les phases de fonctionnement normales et les phases de fonctionnement avec un mélange enrichi. Au vu de ce qui précède, le but de l'invention est de pallier ces inconvénients et de fournir un procédé et un dispositif de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne capable de faciliter l'amorçage ou la régénération des moyens de traitement des gaz d'échappement sans dégradation excessive de la consommation de carburant, et permettant en outre de contrôler efficacement les phases de transition entre les phases de fonctionnement normales et les phases de régénération. Ainsi, selon l'invention, il est proposé un procédé de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne, le moteur étant pourvu de soupapes d'admission et de soupapes d'échappement pilotées par un calculateur de commande selon des lois de levée prédéterminées et étant équipé de moyens de traitement des gaz d'échappement, le procédé comprenant des phases d'amorçage et des phases de régénération des moyens de traitement. Au cours des phases d'amorçage ou des phases de régénération, on procède à un décalage des phases d'ouverture ou de fermeture desdites soupapes dans le cycle de fonctionnement du moteur, de manière à augmenter le taux de gaz brûlés dans les gaz d'échappement. On augmente ainsi la température des gaz d'échappement au niveau du collecteur d'échappement du moteur en pilotant de manière appropriée les soupapes d'admission et d'échappement, c'est-à-dire en commandant de manière appropriée l'arbre à came du système de distribution. Selon un mode de mise en oeuvre de ce procédé, la loi d'ouverture et de fermeture des soupapes d'échappement est décalée, au cours du cycle du moteur, de manière à provoquer une ouverture et une fermeture plus précoces desdites soupapes d'échappement dans ledit cycle. Selon un autre mode de mise en oeuvre, on procède à un retard à l'ouverture des soupapes d'admission. De préférence, au cours du décalage des phases d'ouverture et de fermeture desdites soupapes, on régule la position des soupapes autour de positions prédéterminées stockées en mémoire dans le calculateur en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur. Selon l'invention, il est également proposé un dispositif de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne pour la mise en oeuvre d'un procédé tel que défini ci-dessus, le moteur étant pourvu d'une soupape d'admission et d'une soupape d'échappement et étant équipé de moyens de traitement des gaz d'échappement. Ce dispositif comprend un calculateur de commande comportant, stockées en mémoire, des lois de levée des soupapes, pour provoquer leur ouverture et leur fermeture en fonction desdites lois. Le dispositif comporte en outre des moyens de décalage des phases d'ouverture ou de fermeture desdites soupapes, de manière à augmenter le taux de gaz brûlés dans les gaz d'échappement au cours des phases d'amorçage ou des phases de régénération des moyens de traitement des gaz d'échappement. 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 une représentation schématique d'un moteur à combustion interne destiné à la propulsion d'un véhicule automobile ; - la figure 2 est un diagramme montrant les lois de levée des soupapes d'admission et d'échappement au cours du fonctionnement normal du moteur ; et - la figure 3 est un diagramme montrant des lois de levée des soupapes d'admission et d'échappement au cours d'une phase de régénération ou d'amorçage des moyens de traitement des gaz d'échappement du moteur. Sur la figure 1, on a représenté un schéma synoptique et illustrant la structure générale d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, ses moyens d'alimentation en air et d'échappement des gaz de combustion, ainsi que ses moyens de pilotage. Sur la 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. Chaque cylindre 12 est pourvu d'un conduit d'admission d'air frais et d'un conduit d'échappement des gaz issus de la combustion. Les conduits d'admission sont alimentés en air frais par l'intermédiaire d'un répartiteur d'admission 14, lui-même alimenté par une conduite 16 pourvue d'un filtre à air 18. En ce qui concerne les conduits d'échappement, ceux-ci sont raccordés à un collecteur d'échappement 20 récupérant les gaz brûlés résultant de la combustion du mélange air carburant dans chaque cylindre 12 pour les rejeter dans l'environnement ambiant par une ligne d'échappement 22. Comme on le voit sur cette figure 1, la ligne d'échappement 22 est pourvue de moyens de traitement 23 des gaz d'échappement assurant, d'une part, un piégeage des particules nocives résultant de la combustion et, d'autre part, une conversion d'espèces chimiques issues de la combustion en substances non polluantes, par un procédé de catalyse. Ces moyens de traitement sont constitués par des moyens de traitement de type classique. Ils ne sont donc pas décrits en détail par la suite. On notera néanmoins qu'ils comportent un catalyseur d'oxydation ainsi que des moyens de post-traitement dits actifs , tels qu'un filtre à particules et un piège à NOx. Les conduits d'admission et d'échappement sont chacun obturés par une soupape, telle que 24 et 26, dont la levée est commandée par un arbre à came, respectivement 28 et 30. Enfin, chaque cylindre est pourvu d'un injecteur de carburant, tel que 32. Un calculateur électronique, désigné par la référence numérique générale 34, dûment programmé, gère le fonctionnement du moteur, notamment la quantité de carburant injectée ou l'instant d'allumage du moteur de manière à délivrer le couple demandé par le conducteur. En particulier, le calculateur 34 incorpore tous les moyens matériels et logiciels pour gérer le fonctionnement du moteur dans le respect de relations qui lie l'angle d'avance à l'allumage au remplissage en air, à la dilution de gaz brûlés recirculés et à divers paramètres tels que le régime de fonctionnement du moteur, la température de l'air ambiant, celle du liquide de refroidissement, etc., comme cela est bien connu de l'homme du métier. En particulier, le calculateur 34 comporte, stockées en mémoire, des lois de levée des soupapes d'admission 24 et d'échappement 26, de manière à piloter les arbres à came 28 et 30, de manière à obtenir un comportement des soupapes 24 et 26 correspondant aux lois de levée mémorisées ou élaborées par le calculateur. A cet égard, des capteurs de mesure de la position des soupapes peuvent être utilisés pour réguler la position des soupapes d'admission et d'échappement 24 et 26 autour de positions correspondant aux lois de levée des soupapes. Conformément à l'invention, l'unité centrale 34 comporte, stockées en mémoire 36, des lois de levée de soupapes spécifiques pour les phases d'amorçage ou de régénération des moyens de traitement des gaz d'échappement 24, de manière à augmenter la température des gaz d'échappement en sortie du collecteur d'échappement 20 jusqu'à un niveau suffisant pour l'amorçage ou pour la régénération des moyens de traitement 24. On a représenté sur la figure 2 un exemple de lois de levée des soupapes en fonction de l'angle de rotation des arbres à came 28 et 30, utilisées lors du fonctionnement normal du moteur, c'est-à-dire en dehors de phases d'amorçage ou de régénération des moyens de traitement 23 des particules, lesquelles lois déterminent l'évolution de la section de passage offerte à l'air frais et aux gaz d'échappement. Sur la figure 3, on a représenté un exemple de lois de levée des soupapes d'admission et d'échappement, lors de phase d'amorçage ou de régénération. Sur ces figures, le terme PMH désigne le point mort haut, le terme PMB désigne le point mort bas, le terme OA désigne la phase d'ouverture des soupapes d'admission, le terme OE désigne la phase d'ouverture des soupapes d'échappement, le terme FA désigne la phase de fermeture des soupapes d'admission et le terme FE désigne la phase de fermeture des soupapes d'échappement. Comme on le voit sur ces figures, les lois de levée des soupapes d'admission sont élaborées de manière à, au cours des phases d'amorçage ou de régénération des moyens de traitement 24, piloter l'arbre a came 28 de commande des soupapes d'admission, de manière à appliquer un retard à l'ouverture. De même, la loi de levée des soupapes d'échappement est dûment programmée de manière à piloter l'arbre à came 30 de commande des soupapes d'échappement 26 de manière à décaler la loi de levée de ces soupapes vers une fermeture des soupapes plus précoce. En d'autres termes, comme visible sur la figure 3, dans l'exemple de réalisation considéré, la loi de levée des soupapes d'échappement est modifiée, par rapport à la loi de levée des soupapes d'échappement en fonctionnement normal, de manière à maintenir l'étalement des soupapes, c'est-à-dire la durée d'ouverture de ces dernières, constante, mais elle est décalée vers le début du cycle du moteur. En ce qui concerne la loi de levée des soupapes d'admission, l'étalement des soupapes d'admission est modifié de manière à provoquer un retard à l'ouverture, l'instant de fermeture étant maintenu inchangé. Comme on le conçoit, le décalage de la loi de levée des soupapes d'échappement permet de piéger une quantité importante des gaz brûlés résiduels et donc d'augmenter en conséquence la température en sortie du collecteur d'échappement 20. De même, l'application d'un retard à l'ouverture des soupapes d'admission permet d'éviter tout phénomène de pompage des gaz et de réduire la quantité d'air admise dans les cylindres. On notera que le basculement du fonctionnement du moteur de la phase de fonctionnement normale vers la phase d'amorçage ou de régénération, au cours de laquelle on met en oeuvre des lois modifiées de levée des soupapes d'admission et d'échappement, peut s'effectuer de manière continue ou progressive. On notera également que les lois de levée des soupapes utilisées au cours des phases d'amorçage et de régénération, peuvent être directement extraites de moyens de mémorisation du calculateur électronique 34 ou, en variante, être calculées par le calculateur à partir des lois de levée correspondant au fonctionnement normal du moteur. On notera enfin que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit. En effet, alors que dans l'exemple de réalisation décrit en référence à la figure 3, le comportement des soupapes est modifié de manière à provoquer un retard à l'ouverture, en modifiant l'étalement des soupapes d'admission, et que le comportement des soupapes d'échappement est modifié en conservant constant l'étalement des soupapes d'échappement, et en décalant vers le début du cycle moteur la loi de levée des soupapes, il est également possible, en variante, de prévoir également un étalement variable des soupapes d'admission. Il est également possible de piloter les soupapes d'admission et d'échappement de manière que leur levée s'effectue selon des phases variables ou non variables. En d'autres termes, selon un premier exemple de mise en oeuvre, la levée des soupapes d'admission peut s'effectuer selon des phases variables, la levée des soupapes d'échappement s'effectuant selon des phases non variables. Inversement, la levée des soupapes d'admission peut s'effectuer selon des phases non variables, la levée des soupapes d'échappement s'effectuant selon des phases variables. Enfin, il est possible d'effectuer la levée des soupapes d'admission et la levée des soupapes d'échappement selon des phases variables. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne, le moteur étant pourvu de soupapes d'admission (24) et de soupapes d'échappement (26) pilotées par un calculateur (34) de commande selon des lois de levée prédéterminées et étant équipé de moyens de traitement (23) des gaz d'échappement, le procédé comprenant des phases d'amorçage et des phases de régénération des moyens de traitement, caractérisé en ce qu'au cours des phases d'amorçage ou des phases de régénération, on procède à un décalage des phases d'ouverture ou de fermeture desdites soupapes (24,26) dans le cycle de fonctionnement du moteur, de manière à augmenter le taux de gaz brûlés dans les gaz d'échappement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la loi d'ouverture et de fermeture des soupapes d'échappement (26) est décalée, au cours du cycle du moteur, de manière à provoquer une ouverture et une fermeture plus précoces desdites soupapes d'échappement dans ledit cycle. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on procède à un retard à l'ouverture des soupapes d'admission (24). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au cours du décalage des phases d'ouverture et de fermeture desdites soupapes (24,26), on régule la position des soupapes autour de positions prédéterminées stockées en mémoire (36) dans le calculateur (34) en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur. 5. Dispositif de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, le moteur étant pourvu de soupapes d'admission (24) et de soupapes d'échappement (26) et étant équipé de moyens de traitement (23) des gaz d'échappement, le dispositif comprenant un calculateur (34) de commande comportant, stockées en mémoire, des lois de levée des soupapes, pour provoquer leur ouverture et leur fermeture en fonction desdites lois, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de décalage des phases d'ouverture ou de fermeture desdites soupapes de manière à augmenter le taux de gaz brûlés dans les gaz d'échappement au cours des phases d'amorçage ou des phases de régénération des moyens de traitement (23) des gaz d'échappement.