Brevet FR2845732A1 — publié le 20040416

Système de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne et procédé de commande de la recirculation des gaz d'échappement au moyen d'un tel système de commande. L'invention concerne les circuits de recirculation de gaz d'échappement de moteurs à combustion interne. Plus particulièrement, l'invention concerne un système de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne permettant un contrôle de la quantité de gaz d'échappement recirculés, 10 ainsi qu'un procédé de commande correspondant. Comme on le sait, les véhicules automobiles, et en particulier les véhicules automobiles de type Diesel, sont souvent équipés d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement qui est destiné à réinjecter les gaz d'échappement dans le répartiteur d'admission du 15 moteur. On sait en effet qu'une telle recirculation permet de diminuer les émissions d'oxyde d'azote du moteur, qui sont des espèces chimiques particulièrement nocives. La quantité d'oxyde d'azote est en effet fortement liée à la composition du mélange réactif dans les 20 cylindres du moteur, en air, en carburant, et en gaz inerte. Ainsi, en prévoyant une recirculation des gaz d'échappement, on injecte dans les cylindres du moteur les gaz inertes, lesquels permettent de diminuer la quantité d'oxyde d'azote produit par le moteur. Cette recirculation est cependant susceptible d'accroître de manière non négligeable la quantité de fumées dans les gaz d'échappement si elle n'est pas correctement réglée, et, en particulier, si la quantité des gaz d'échappement recirculés est trop importante. En outre, dans certaines conditions, en particulier lorsque le 30 conducteur du véhicule automobile requière une accélération franche, la recirculation des gaz d'échappement doit être coupée. Ainsi, le circuit de recirculation des gaz d'échappement est pourvu d'une soupape de réglage du flux de gaz recirculés. Un calculateur électronique, chargé de gérer la quantité de carburant à injecter dans les cylindres du moteur, procède à un calcul d'une valeur de consigne de quantité de gaz d'échappement recirculés en fonction du point de fonctionnement du moteur et pilote la soupape de réglage pour réguler le pourcentage des gaz recirculés. Cependant, le débit maximum de gaz recirculés, pour un point de fonctionnement donné, est obtenu lorsque la vanne de recirculation est ouverte au maximum. Ce débit est limité par l'écart de pression régnant entre le collecteur d'échappement et le répartiteur d' admission. Dans le but d'augmenter encore la quantité de gaz recirculés, il a été proposé de doter la conduite d'admission d'air frais dans les cylindres, en amont du répartiteur d'admission, d'une vanne de commande d'admission de gaz recirculés. En fonctionnement normal, cette vanne est complètement ouverte. Cependant, lorsqu'on souhaite 15 augmenter la quantité d'air frais, cette vanne est manoeuvrée dans le sens de la fermeture de manière à augmenter la pression différentielle de part et d'autre du conduit de recirculation de gaz et augmenter ainsi la quantité de gaz recirculés. On pourra, à cet égard, se référer aux documents US-A-006 138 20 651, et EP-A-1 002 947, qui décrivent différents agencements de systèmes de recirculation de gaz d'échappement. Cette technique, bien que permettant d'augmenter efficacement la quantité de gaz recirculés, présente un inconvénient majeur, dans la mesure o elle nécessite, soit des dispositifs de commande respectifs 25 pour la vanne de recirculation de gaz d'échappement et pour la vanne de commande d'admission d'air frais, soit de lier mécaniquement les deux vannes afin de n'utiliser qu'un seul système de commande. Le but de l'invention est donc de pallier cet inconvénient. Ainsi, selon l'invention, il est proposé un système de 30 commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne par commande de la quantité de gaz d'échappement recirculés, comprenant un calculateur central adapté pour calculer une valeur de consigne de quantité de gaz d'échappement recirculés en fonction du point de fonctionnement du moteur et un organe de commande du déplacement d'une vanne de recirculation de gaz d'échappement déplaçable en fonction de la valeur de consigne de gaz recirculés pour positionner ladite vanne. Selon une caractéristique générale de ce système, l'organe de 5 commande du déplacement de la vanne comporte une première partie de course destinée à la commande du déplacement de ladite vanne, et une deuxième partie de course destinée au déplacement d'une vanne de commande d'admission d'air frais. Selon une autre caractéristique, l'organe de commande 10 comporte un axe de commande entraîné en rotation par des moyens moteurs pilotés par le calculateur central et dont la rotation provoque le déplacement angulaire desdites vannes. Dans un mode de réalisation, les vannes sont montées sur l'axe de commande de manière libre en rotation et en ce ledit axe porte une 15 butée venant en appui sur les vannes pour provoquer leur déplacement Des moyens élastiquement déformables peuvent être prévus pour solliciter la vanne de recirculation de gaz d'échappement et la vanne de commande d'admission d'air frais en position ouverte Selon une autre caractéristique, le système selon l'invention 20 comporte en outre une butée de limitation du déplacement angulaire de la vanne de recirculation de gaz d'échappement sur laquelle cette vanne de recirculation s'appuie en position ouverte. Selon l'invention, il est également proposé un procédé de commande de la recirculation de gaz d'échappement d'un moteur à 25 combustion interne, par élaboration d'une valeur de consigne de quantité de gaz d'échappement recirculés et commande du déplacement d'une vanne de recirculation de gaz d'échappement et d'une vanne de commande d'admission d'air frais dans les cylindres du moteur, caractérisé en ce que le déplacement de la vanne de recirculation et de 30 la vanne de commande d'admission d'air frais sont effectués au moyen d'un organe de commande commun, la course de cet organe de commande comportant une première partie de course destinée à la commande du déplacement de la vanne de recirculation de gaz d'échappement et une deuxième partie de course destinée au déplacement de la vanne de commande d'admission d'air frais. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement 5 à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne équipé d'un circuit de recirculation de gaz d'échappement et pourvu d'un système de commande conforme à l'invention; la figure 2 est une vue de détail du moteur de la figure 1, montrant l'agencement de la vanne de recirculation de gaz d'échappement et de la vanne de commande d'admission d'air frais; et - les figures 3 à 6 illustrent le fonctionnement du système selon l'invention, dans différentes positions respectives de la vanne de 15 recirculation de gaz d'échappement et de la vanne de commande d'admission d'air frais. Sur la figure 1, on a représenté, de manière schématique, la structure générale d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, désigné par la référence numérique générale 10. Dans l'exemple de réalisation considéré, le moteur 10 est pourvu de 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), et, le cas échéant, d'un 25 turbocompresseur de suralimentation du moteur en air. Un collecteur d'échappement 20 récupère les gaz d'échappement issus de la combustion et évacue ces derniers vers l'extérieur, en passant par une ligne d'échappement 22. Un circuit de recirculation de gaz d'échappement 24 s'étend 30 entre la ligne d'échappement 22, en aval du collecteur d'échappement , et la conduite d'admission 16, en amont du répartiteur d'admission 14, et récupère une partie des gaz d'échappement pour la réinjecter dans le collecteur d'admission 14, de manière à, en particulier, limiter la quantité d'oxyde d'azote produit tout en évitant la formation de fumée dans les gaz-d'échappement. Comme on le voit également sur la figure 2, ce circuit 24 de recirculation de gaz d'échappement comporte essentiellement une 5 vanne de recirculation des gaz d'échappement (EGR), désignée par la référence numérique générale 26. Par ailleurs, le moteur 10 est pourvu d'un calculateur 28, dment programmé pour contrôler le fonctionnement du moteur 10, notamment pour procéder au réglage de ses paramètres de fonctionnement. En particulier, le calculateur 28 procède à l'élaboration d'une valeur de consigne de quantité de gaz recirculés et pilote la vanne EGR en fonction de la valeur de consigne, par l'intermédiaire d'un organe de commande. Comme on le sait, la quantité de gaz recirculés dépend de la différence de pression entre la ligne d'échappement 22, en aval du collecteur d'échappement 10, et la conduite d'alimentation 16, en amont du répartiteur d'admission 14. Dans le but d'augmenter la quantité de gaz recirculés, lorsque 20 la vanne de recirculation 26 est entièrement ouverte, la conduite d'alimentation 16 est pourvue d'une vanne 30 de commande d'admission d'air frais, également pilotée par le calculateur 28, et disposée en amont de la zone dans laquelle débouchent les gaz d'échappement. Cette vanne de commande 30 est destinée à être fermée pour baisser la pression côté admission et augmenter ainsi la quantité de gaz recirculés. Comme on le voit sur la figure 2, la vanne de commande d'admission d'air frais 30 et la vanne de recirculation 26 sont toutes 30 deux portées par un arbre ou axe 32 commun et sont montées sur celuici de manière libre en rotation. Des moyens moteurs (non représentés), pilotés par le calculateur 28 provoquent le déplacement angulaire de l'axe 22 et l'ouverture ou la fermeture consécutive des vannes 26 et 30. Des ressorts 34 et 36 sollicitent ces vannes en position ouverte. Une butée, réalisée sous la forme d'une nervure longitudinale. 38 portée par l'axe 32, et sur laquelle les vannes sont destinées à venir prendre appui, est utilisée pour provoquer le déplacement angulaire des vannes 32 et 36 (figure 2 à 6). Cette butée et les ressorts 34 et 36 exercent des efforts antagonistes. Ainsi, à partir d'une position initiale, visible sur la figure 3, dans laquelle la vanne EGR 26 est fermée et est en appui sur la butée de l'axe 32 et la vanne d'admission d'air frais 30 est ouverte, après mise en rotation de l'axe 32, la vanne EGR 26, libérée, est déplacée 10 dans le sens de la fermeture sous l'action du ressort 36 (figure 4), jusqu'à une position complètement ouverte, dans laquelle elle vient en appui contre une butée 40 portée par exemple par la paroi de la conduite de recirculation de gaz d'échappement (figures 4 et 5). En continuant sa rotation, l'axe 32, et en particulier la butée 38 15 qu'il porte, vient en appui contre la vanne de commande d'admission d'air frais 30 et provoque une rotation de cette dernière dans le sens de la fermeture jusqu'à une position complètement fermée, visible sur la figure 6. Ce déplacement s'exerce à l'encontre de l'effort exercé par le ressort de rappel 34 correspondant. La pression en amont du 20 répartiteur d'admission 14 est alors diminuée, et la quantité de gaz recirculés est augmentée en conséquence. Lorsque l'axe 32 est entraîné en rotation par les moyens moteurs dans l'autre sens, c'est-à-dire à partir d'une position correspondant à celle visible sur la figure 6, la vanne de commande 25 d'admission d'air frais 30 ainsi libérée, est tout d'abord repositionnée dans son état initial, sous l'action du ressort 34 correspondant. Après avoir atteint sa position d'ouverture complète, la butée 38 vient en appui contre la vanne EGR 26 qui est alors repositionnée dans sa position initiale fermée, à l'encontre du ressort 36. On notera que toutes les positions intermédiaires entre les positions représentées sur les figures 3, 4, 5 et 6 peuvent être utilisées et constituent des positions stables. Comme on le conçoit, l'invention qui vient d'être décrite utilise, pour les déplacements de la vanne EGR et d'une vanne de commande d'admission d'air frais, un unique organe de commande, dont une première partie de course est utilisée pour déplacer la vanne EGR, et dont une deuxième partie de course est utilisée pour déplacer la vanne de commande d'admission d'air frais. Ainsi, la vanne EGR peut être ouverte ou fermée indépendamment du volet d'admission, dans la mesure o l'axe est entraîné en rotation dans l'un ou l'autre sens, uniquement en ce qui concerne sa première partie de course. Au contraire, le volet de commande d'admission d'air ne peut être fermé que si la vanne EGR 10 est ouverte à fond. En effet, la vanne d'admission d'air est principalement utilisée pour augmenter le taux de gaz recirculés par dépression, lorsque la vanne EGR 26 est ouverte à fond. Le fait de ne pouvoir commander la fermeture de la vanne de commande d'admission d'air 30 n'est donc pas un inconvénient rédhibitoire. 15 REVENDICATIONS 1-Système de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne, par commande de la quantité de gaz d'échappement recirculés, le système comprenant un calculateur 5 central (28) adapté pour calculer une valeur de consigne de quantité de gaz d'échappement recirculés en fonction du point de fonctionnement du moteur et un organe de commande (32) du déplacement d'une vanne (26) de recirculation de gaz d'échappement déplaçable en fonction de la valeur de consigne de gaz recirculés pour positionner ladite vanne, 10 caractérisé en ce que la course de l'organe de commande du déplacement de la vanne comporte une première partie de course destinée à la commande du déplacement de ladite vanne (26) et une deuxième partie de course destinée au déplacement d'une vanne (30) de commande d'admission d'air frais. 2-Système de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de commande comporte un axe de commande (32) entraîné en rotation par des moyens moteurs pilotés par le calculateur central et dont la rotation provoque le déplacement angulaire desdites vannes. 3- Système de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que les vannes sont montées sur l'axe de commande de manière libre en rotation et en ce ledit axe porte une butée (38) venant en appui sur les vannes pour provoquer leur déplacement. 4-Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 25 caractérisé en ce que des moyens élastiquement déformables (34, 36) sollicitent la vanne de recirculation de gaz d'échappement et la vanne de commande d'admission d'air frais en position ouverte. -Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une butée (40) de limitation du déplacement angulaire de la vanne de recirculation de gaz d'échappement sur laquelle cette vanne de recirculation s'appuie en position ouverte. 6-Procédé de commande de la recirculation de gaz 5 d'échappement d'un moteur à combustion interne par élaboration d'une valeur de consigne de quantité de gaz d'échappement recirculés et commande du déplacement d'une vanne (26) de recirculation de gaz d'échappement et d'une vanne (30) de commande d'admission d'air frais dans les cylindres du moteur, caractérisé en ce que le 10 déplacement de la vanne de recirculation et de la vanne de commande d'admission d'air frais sont effectués au moyen d'un organe de commande (32) commun, la course de cet organe de commande comportant une première partie de course destinée à la commande du déplacement de la vanne de recirculation de gaz d'échappement et une 15 deuxième partie de course destinée au déplacement de la vanne de commande d'admission d'air frais.