Brevet FR2861135A1 — publié le 20050422

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé d'injection d'air pour un traitement thermique postérieur des gaz d'échappement dans la conduite des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Etat de la technique On connaît déjà un tel procédé selon le document DE165 963-Al. Dans ce procédé connu, l'air servant au traitement thermique a posteriori des gaz d'échappement est injecté ou insufflé dans la conduite des gaz d'échappement à l'aide d'une pompe à air secondaire commandée individuellement par groupes de cylindres. En combinaison avec un traitement postérieur catalytique, on maintient les valeurs limites que doivent respecter les gaz d'échappement grâce à l'air injecté et cette injection ou insufflation d'air n'est nécessaire que pendant la phase de chauffage du moteur jusqu'à ce que le catalyseur ait atteint sa température de conver- sion. La pompe à air secondaire présente un encombrement non négligeable et se traduit par la mise en oeuvre de moyens correspondants pour sa réalisation et son coût. Le document US-3 756 205 propose d'insuffler pendant le fonctionnement du moteur par coupure de l'injection de carburant, de l'air à l'aide de différents cylindres dans la conduite des gaz d'échappement pour assurer un traitement catalytique a posteriori des gaz d'échappement. Dans une telle commande, on peut toutefois rencontrer des inconvénients à cause de l'irrégularité de fonctionnement et éventuellement aussi du fait de la consommation de carburant. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé du type défini ci-dessus permettant de réaliser un traitement thermique a posteriori avec des moyens aussi réduits que possible. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce que pendant la phase de chauffage on commande les différents cylindres de façon qu'ils assurent la fonction d'une pompe à air pour injecter de l'air dans la conduite des gaz d'échappement. Comme ce n'est que pendant la phase de réchauffage après le démarrage et jusqu'à ce que le catalyseur soit à sa température de con-version que l'on utilise les cylindres pour insuffler ou injecter de l'air, le fonctionnement normal du moteur n'est pas influencé lorsqu'il est chaud. L'utilisation de différents cylindres du moteur à combustion interne du moteur fonctionnant comme pompe à air s'obtient en liaison avec la commande de moteur ce qui donne une construction économique ne nécessitant pas d'encombrement supplémentaire contrairement à l'état de la technique qui utilise une pompe à air secondaire. Un développement avantageux du procédé avec des possibilités de commande intéressantes est caractérisé en ce que les cylindres assurant la fonction de pompe à air fonctionnent avec coupure de l'injection de carburant de façon à ne pas travailler en combustion et la fonction de la pompe à air est ainsi commandée par l'actionnement défini de la ou des soupapes d'admission et de la ou des soupapes d'échappement. On favorise une injection efficace de l'air en utilisant une commande totalement variable des soupapes de façon à optimiser la puissance de pompage en faisant fonctionner les soupapes d'admission et l'échappement des cylindres ne travaillant pas en combustion suivant des temps de commande individuels par cylindre. La phase de chauffage du moteur ne sera pratiquement pas perturbée quant à la régularité du fonctionnement si comme dans le cas d'un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres, seulement une partie des cylindres fonctionne comme pompe et il est avantageux alors que chaque second cylindre fonctionne comme pompe. Suivant un autre moyen avantageux, pour arriver à un fonctionnement aussi peu perturbé que possible du moteur pendant la phase de chauffage, si le conducteur demande un couple moteur plus important, on fait passer au moins l'un des cylindres travaillant comme pompe pour le faire fonctionner en combustion. On assiste efficacement l'injection d'air en commandant le fonctionnement du moteur à combustion interne travaillant à un point de fonctionnement avec charge partielle pour lequel les cylindres travaillant en mode de combustion fonctionnent avec des temps de commande rac- courcis pour leurs soupapes d'admission et les cylindres travaillant en mode de pompe fonctionnent avec des durées de commande complètes de leur soupape d'admission. Il est en outre intéressant pour injecter efficacement de l'air que les soupapes d'admission et l'échappement des cylindres fonctionnant comme des pompes soient commandés pour que chaque mouvement de piston serve à pomper de l'air. Le procédé d'injection d'air est en outre favorisé en ce que pour aspirer et expulser de l'air dans tous les cycles successifs, on ouvre alternativement chaque soupape d'admission et chaque soupape d'échappement. En variante on peut également prévoir de laisser ouverte la soupape d'admission du cylindre correspondant travaillant comme pompe même pour la phase qui correspond à la phase de compression lorsque le cylindre travaille en mode de combustion. On évite ainsi le travail de compression pour les cylindres fonctionnant comme pompe. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans les-10 quels: la figure 1 montre un premier diagramme de temps de commande d'une partie des cylindres d'un moteur à combustion interne à huit cylindres avec commande d'une part en mode de combustion et d'autre part en mode de pompe à air; la figure 2 montre un autre exemple de réalisation d'un diagramme de temps de commande pour des cylindres travaillant en combustion et des cylindres travaillant en pompe; la figure 3 montre un autre exemple de réalisation d'un diagramme de temps de commande. Description de modes de réalisation Les figures 1 à 3 montrent différents exemples de réalisation pour différents diagrammes de commande de temps pour une partie des cylindres Zyll, Zy15, Zyl4, Zy18 d'un moteur à combustion interne à huit cylindres avec commande des soupapes d'admission EV et des sou- papes d'échappement AV suivant différents angles de vilebrequin et les cycles de travail correspondants. Dans le cas d'un moteur à combustion interne classique à combustion tel qu'un moteur à essence, le mélange est d'abord aspiré du côté de l'aspiration dans la chambre de combustion pour être ensuite ex- pulsé après combustion dans la conduite des gaz d'échappement. L'un des cylindres fonctionne ainsi comme pompe à air pour aspirer de l'air à travers un filtre à air et le pomper dans la conduite des gaz d'échappement si bien que l'on a une phase d'aspiration et d'expulsion sans injection. Dans les systèmes d'injection actuels, on commande la durée d'injection dans chaque cylindre, de manière individuelle à l'aide de l'appareil de commande du moteur. Cette situation est utilisée pour couper la durée d'injection d'un ou plusieurs cylindres et de les faire fonctionner comme pompe à air. Dans le présent procédé, la cou- pure se fait pendant la phase de réchauffage après le démarrage et elle se poursuit avantageusement jusqu'à ce que le catalyseur ait atteint sa température de conversion puis on commute le mode de fonctionnement de la pompe à air par le programme de l'appareil de commande du moteur pour neutraliser ce fonctionnement. Le mode de fonctionnement en pompe à air peut être enregistré dans un composant de programme. On peut facile-ment tenir compte des différents paramètres pour le fonctionnement en mode de pompe à air. Dans la plupart des systèmes, on calcule la durée d'injection à l'aide d'un capteur de charge (par exemple un débitmètre massique d'air à film chaud ou un capteur de pression de conduite d'aspiration). Pour le temps d'injection qui en résulte dans le cylindre travaillant en combustion, il faut tenir compte de ce qu'une partie de l'air ne participe pas à la combustion et se mélange de manière correspondante aux gaz d'échappement. Cela peut également être pris en compte par la commande du moteur. Dans le cas de l'entraînement des soupapes avec des durées de commande de soupapes variables, on peut commander de manière variable la quantité d'air fournie. Le cylindre avec coupure d'injection fonctionnant comme pompe à air s'utilise tout particulièrement dans le cas de moteurs à plu-sieurs cylindres car ceux-ci peuvent fonctionner pendant un court moment sans un ou plusieurs cylindres et néanmoins le conducteur dispose de suffisamment de couples moteur. En principe le procédé peut néanmoins s'appliquer à tout moteur. Dans le cas de moteurs ayant un petit nombre de cylindres on peut avoir l'inconvénient que le conducteur ne dispose que très peu de couple ou que la régularité de fonctionnement du moteur ne soit plus acceptable. On peut néanmoins augmenter le couple moteur fourni par les cylindres travaillant en combustion grâce à la commande du moteur par exemple en ouvrant le volet d'étranglement pour tenir compte des cylindres utilisés pour travailler comme des pompes et ne fonctionnant pas en combustion. Une possibilité de commande avec coupure de l'injection consiste par exemple dans le cas d'un moteur à huit cylindres, pendant la phase de réchauffage immédiatement après le démarrage, de neutraliser quatre cylindres et de ne démarrer d'abord qu'avec quatre cylindres. Ainsi malgré les cylindres coupés, on aura un fonctionnement harmonieux du moteur avec un intervalle d'allumage de 180 d'angle de vilebrequin KW dans la mesure où chaque second cylindre dans l'ordre d'allumage est coupé. Exemples Succession de l'allumage dans un moteur V8: 1 5 4 8 6 3 7 2 Succession d'allumage en cas de fonctionnement comme pompe à air: 1 4 6 7 Dans la mesure où pendant la phase de pompage d'air le conducteur demande plus de couple moteur, on peut envisager dans l'exemple du moteur V8, au détriment d'une réduction acceptable de régularité de fonctionnement, de rebrancher de nouveau jusqu'à 3 cylindres. La quantité d'air nécessaire au traitement thermique a posteriori peut néanmoins être suffisante car avec l'augmentation de la vitesse de rotation, la quantité d'air débité par unité de temps augmente. Le procédé convient tout particulièrement pour des systèmes à commande totalement variable des soupapes. Dans de tels systèmes (par exemple des commandes électro-hydrauliques ou électromagnétiques de soupapes) on peut mettre n'importe quelle soupape à tout instant dans un état quelconque. Cela permet par des durées de commande individuelles par cylindre d'optimiser la puissance de pompage des cylindres ne travaillant pas en combustion sans avoir à subir les inconvénients des cylindres travaillant en combustion. Cela permet de mi- nimiser la durée d'utilisation du procédé. La figure 1 montre à titre d'exemple cette possibilité pour les quatre premiers cylindres Zyl1, Zy15, Zyl4, Zy18 d'un moteur à huit cylindres montrant le diagramme des temps de commande pour les soupapes d'admission et d'échappement EV, AV. La figure 1 montre un point de fonctionnement en charge partielle. Les cylindres Zyll et Zy14 travaillent en combustion avec des du-rées de commande régulières c'est-à-dire que l'arête de fermeture de la soupape d'admission définit la quantité d'air disponible pour la combustion. Les cylindres Zy15 et Zy18 servent en revanche uniquement de pompe à air et sont commandés avec des arêtes de commande maximales pour utiliser la course maximale du piston entre le point mort haut et le point mort bas. Dans un autre exemple de réalisation représenté à la figure 2 on a montré le diagramme des temps de commande d'un système de commande de soupape totalement variable. Dans ce cas il est prévu un mode de fonctionnement pour lequel les cylindres travaillant comme des pompes ne fonctionnent pas selon un procédé à quatre cycles mais utilisent chaque mouvement du piston pour pomper de l'air. Les cylindres Zy15, Zy18 fonctionnant en pompe et qui ne brûlent pas, pompent exclusivement de l'air du côté aspiration vers le côté échappement sans phase de compression intermédiaire. Cela permet de doubler l'air pompé et de diminuer le travail de compression. La figure 3 montre un autre exemple de réalisation du pro- cédé correspondant à un développement de celui des figures 1 et 2 égale- ment sous la forme d'un diagramme de temps de commande. On a pratiquement la même quantité d'air pompé que dans le procédé de la figure 1 mais pour les cylindres fonctionnant comme pompe selon le procédé de la figure 2, il n'y pas de travail de compression. Cela s'obtient par des soupapes d'échappement AV ouvertes pour les cylindres Zy15, Zy18 travaillant comme des pompes. Les pertes de charges sont ainsi réduites du côté des gaz d'échappement car de ce côté, les gaz d'échappement sont aspirés en permanence dans les cylindres concernés pour être de nouveau expulsés. Dans le cas d'un système totalement variable, on peut également envisager une combinaison des différents procédés décrits ci-dessus. Cela permet d'obtenir des taux de passage d'air différents et des pertes de travail différentes. On peut ainsi envisager par exemple de faire fonctionner un cylindre en pompe selon le procédé de la figure 2 et un autre cylindre en pompe selon le procédé de la figure 3. REVENDICATIONS 1 ) Procédé d'injection d'air pour un traitement thermique postérieur des gaz d'échappement dans la conduite des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que pendant la phase de chauffage on commande les différents cylindres de façon qu'ils assurent la fonction d'une pompe à air pour injecter de l'air dans la conduite des gaz d'échappement. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on fait travailler les cylindres assurant la fonction de pompe à air en coupant l'injection de carburant et sans combustion et on commande la fonction de pompe à air par un actionnement accordé de la ou des soupapes d'admission (EV) et de la ou des soupapes d'échappement (AV). 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on utilise une commande de soupape totalement variable en optimisant la puissance de pompage des cylindres ne travaillant pas en combustion par des durées de commande individuelles par cylindre des soupapes d'admission et d'échappement (EV, AV). 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas d'un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres on ne fait fonctionner comme pompe qu'une partie des cylindres. 5 ) Procédé selon la revendication 4, 30 caractérisé en ce qu' on fait fonctionner comme pompe chaque second cylindre. 6 ) Procédé selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que si le conducteur demande un couple moteur plus important, on commande en mode de combustion au moins un cylindre travaillant comme pompe. 7 ) Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que lorsque le moteur à combustion interne se trouve à un point de fonctionnement en charge partielle pour lequel les cylindres travaillant en mode de combustion fonctionnent avec des temps de commande raccourcis de leur soupape d'admission (EV), on fait fonctionner les cylindres travaillant comme pompe avec le temps de commande total de leur soupape d'admission (EV). 8 ) Procédé selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que les soupapes d'admission et d'échappement des cylindres travaillant en mode de pompe sont commandées de façon à utiliser chaque mouvement de piston pour pomper de l'air. 9 ) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que dans toutes les phases successives, pour aspirer et expulser de l'air, on ouvre en alternance chaque soupape d'admission (EV) et chaque soupape 20 d'échappement (AV). 10 ) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' en mode de pompe, la soupape d'échappement (AV) du cylindre concerné 25 reste ouverte même pendant la phase qui pour son fonctionnement en mode de combustion correspond à la phase de compression.