Brevet FR2864161A1 — publié le 20050624

La présente invention se rapporte à un procédé de contrôle d'un moteur à combustion interne suralimenté. Comme cela est connu, la puissance délivrée par un moteur à combustion interne est tributaire de la quantité d'air introduite dans la chambre de combustion de ce moteur, quantité d'air qui est elle-même proportionnelle à la densité de cet air. En cas de besoin d'une forte puissance à délivrer, l'air d'admission peut être comprimé, par tous moyens de compression, tel qu'un turbocompresseur, avant son introduction dans le cylindre du moteur, pour obtenir une suralimentation en air de ce cylindre. Dans le cas d'une suralimentation réalisée par un turbocompresseur, l'ampleur de la pression de l'air issu de l'étage de compression est directement tributaire de la vitesse de rotation de l'étage d'entraînement auquel il est lié par un arbre d'entraînement. De manière habituelle, cet étage d'entraînement comporte une turbine entraînée en rotation par les gaz d'échappement issus du moteur et cette rotation est transmise directement par l'arbre d'entraînement au compresseur de l'étage de compression. C'est donc l'énergie contenue dans ces gaz d'échappement qui permet d'entraîner en rotation cette turbine. Ainsi en cas de demande de puissance, la pression de l'air suralimenté issu du compresseur doit être augmentée pour accroître la quantité de cet air dans la chambre de combustion. Pour cela, l'unité de contrôle que comporte habituellement ce moteur, augmente, pendant la phase d'admission, les paramètres de fonctionnement du moteur, comme l'injection de carburant et/ou l'admission d'air suralimenté. Elle peut également augmenter si nécessaire la récupération de l'énergie des gaz d'échappement en agissant, par exemple, sur la vanne de réglage de l'alimentation en gaz d'échappement pour la turbine, plus communément appelée "waste gate". En tout état de cause, il s'écoule un certain laps de temps avant que la turbine puisse atteindre la vitesse souhaitée. A titre d'exemple, lorsqu'une forte demande de puissance est demandée au moteur par un appui sur l'accélérateur 2864161 2 pour l'amener dans sa position maximale, la vitesse de la turbine peut être amenée à passer d'une faible vitesse, de l'ordre de 20 000 tr/min, à une vitesse élevée (typiquement comprise entre 100 000t/min et 200 000 tr/min environ). Pour arriver à une telle vitesse, il peut s'écouler une durée de quelques dixièmes de secondes à quelques secondes et, pendant cette durée, le conducteur du véhicule a une sensation d'inconfort résultant du manque de réponse à la puissance demandée. Pour pouvoir résoudre ce problème, il est connu d'accoupler, à l'arbre 10 d'entraînement entre la turbine et le compresseur, un dispositif auxiliaire d'entraînement de cet arbre, comme un moteur électrique. Ce dispositif permet donc d'augmenter plus rapidement la vitesse de la turbine, en cas de demande de puissance, et de réduire la durée pour laquelle la turbine atteint la vitesse nécessaire pour répondre à cette demande. Cependant un tel dispositif est d'un encombrement non négligeable et d'un coût très élevé, notamment de par la nécessite de le connecter à un circuit électrique de commande et de puissance. De plus, lors de son utilisation, il est fortement consommateur de courant électrique, ce qui peut nuire à l'alimentation électrique des autres dispositifs électriques présents sur ce moteur ou dans le véhicule. Il est également connu, pour des moteurs suralimentés équipant des véhicules de compétition, de remplacer ce moteur électrique par un brûleur disposé dans le collecteur d'échappement. Ce brûleur est constamment alimenté en carburant par un injecteur placé dans ce brûleur et par de l'air suralimenté amené par une conduite en dérivation sur la conduite reliant la sortie du compresseur au collecteur d'admission. Un tel brûleur est difficilement transposable à un moteur équipant les véhicules de série. En effet, un tel brûleur, outre le fait qu'il augmente le coût du moteur, entraîne une augmentation très forte de consommation de carburant pendant le fonctionnement de ce moteur. Cette augmentation de consommation va à l'encontre des besoins des constructeurs automobiles pour lesquels la 2864161 3 réduction de la consommation de carburant est un axe de développement majeur. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients ci- dessus mentionnés grâce à un procédé de contrôle du moteur qui permet de réduire le temps de réponse du turbocompresseur et cela en n'utilisant que les éléments habituellement présents sur ce moteur. A cet effet, la présente invention concerne un procédé de contrôle d'un moteur à combustion interne suralimenté comprenant au moins un cylindre comportant au moins un moyen d'admission avec une soupape d'admission ainsi qu'une tubulure d'admission et au moins un moyen d'échappement avec une soupape d'échappement ainsi qu'une tubulure d'échappement, un dispositif de suralimentation comprenant au moins un étage de compression alimentant le moyen d'admission en air suralimenté et un étage d'entraînement alimenté, au travers d'une voie d'échappement, par les gaz d'échappement dudit moteur, caractérisé en ce qu'il consiste, en cas de demande de puissance du moteur: - à obtenir un mélange carburé avec un excès d'air dans le cylindre, pendant la phase d'admission du moteur, - à réaliser la combustion de ce mélange carburé dans ce cylindre, - à effectuer, pendant la phase d'échappement du moteur, une post injection de carburant de manière à obtenir une postcombustion avec l'air excédentaire, en amont de l'étage d'entraînement du dispositif de suralimentation. Ce procédé peut consister à réaliser, dans le cylindre, une stratification du mélange carburé avec une couche de mélange carburé de richesse pauvre. Il peut également consister à réaliser, dans le cylindre, une stratification 30 du mélange carburé avec une couche d'air dépourvu de carburant. 2864161 4 Selon une autre caractéristique, il peut consister à réaliser la post injection dans le cylindre après l'ouverture de la soupape d'échappement. Ce procédé peut consister à réaliser à réaliser la post injection dans la 5 voie d'échappement. Dans un moteur pour lequel la voie d'échappement comprend un collecteur d'échappement, ce procédé peut consister à réaliser la post injection dans le collecteur d'échappement. Cette post injection peut être réalisée dans la conduite d'échappement en amont de l'étage d'entraînement du dispositif de suralimentation. Avantageusement, le dispositif de suralimentation peut comprendre 15 comprend une turbine entraînant un compresseur. Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexées: - la figure 1 qui est un schéma montrant un moteur à combustion interne suralimenté selon l'invention; la figure 2 qui illustre une variante du moteur de la figure 1 et la figure 3 qui montre une autre variante du moteur selon l'invention. En se référant à la figure 1, un moteur à combustion interne suralimenté, par exemple à injection directe de carburant de type à allumage commandé ou à allumage par compression. Ce moteur comporte au moins un cylindre 10 qui comprend au moins un moyen d'admission 12 avec une soupape d'admission 14 et une tubulure d'admission 16, au moins un moyen d'échappement 18 avec une soupape d'échappement 20 et une tubulure d'échappement 22, et un moyen d'injection de carburant 24 dans le cylindre. Ce cylindre comprend également fane chambre de combustion 26 délimitée par le haut d'un piston qui 2864161 5 coulisse dans le cylindre et par le haut du cylindre, généralement la culasse du moteur (non représentée) et dans laquelle débouchent les moyens d'admission 12 et d'échappement 18. Les tubulures des moyens d'admission 12 sont raccordées à un collecteur d'admission 28 alors que les tubulures des moyens d'échappement 18 aboutissent à un collecteur d'échappement 30. Le collecteur d'admission est relié par une conduite 32 à la sortie d'un étage de compression 34, muni d'un compresseur, d'un turbocompresseur 36 qui admet de l'air extérieur par uno conduite 38. Le collecteur d'échappement 30 est raccordé par une conduite 40 à l'entrée de l'étage d'entraînement 42 de ce turbocompresseur, qui comporte une turbine, auquel est raccordée une conduite 44 pour l'évacuation des gaz d'échappement après leur traversée de la turbine. Ce collecteur et cette conduite forment une voie d'échappement qui est une des éléments de la ligne d'échappement que comporte habituellement ce moteur. Une unité de contrôle du moteur 46, tel qu'un calculateur moteur, commande chaque dispositif d'injection de carburant 24 par une ligne bidirectionnelle 48. Elle contient aussi des cartographies ou des tables de données permettant d'évaluer, en fonction des conditions de fonctionnement du moteur, comme le régime du moteur, sa charge ou la vitesse du turbocompresseur, les pressions d'admission et d'échappement au niveau des cylindres 10, la puissance que doit générer ce moteur pour répondre à la demande du conducteur du véhicule. Ainsi, en cas de demande de puissance à-générer par le moteur, la quantité d'air introduite dans la chambre de combustion 26 doit augmenter et pour cela la pression de cet air doit être amplifiée. En conséquence, la turbine 42 doit accroître sa vitesse de rotation de manière à ce que cette augmentation soit transmise au compresseur auquel elle est liée de façon à ce que l'air sortant de ce compresseur soit à une pression requise pour obtenir la puissance souhaitée au moteur. 2864161 6 Pour réaliser cet accroissement de vitesse, l'unité de contrôle commande, dans un premier temps, l'introduction de carburant dans la chambre de combustion 26 pour réaliser, avec l'air suralimenté admis dans cette chambre au travers des soupapes d'admission 14, un mélange carburé avec un excès d'air de manière à obtenir un excédent d'oxygène qui ne se consumera pas lors de la combustion dans le cylindre. A la fin de la phase de compression qui suit cette phase d'admission, le mélange carburé est brûlé. Au terme de. cette combustion, les gaz d'échappement présents dans!a chambre de combustion contiennent un mélange de gaz brûlés et de reliquat d'air riche en oxygène. Pour pouvoir transmettre un surcroît d'énergie à la turbine par les gaz d'échappement qui sont évacuées au travers de la soupape d'échappement, l'unité 46 commande une introduction supplémentaire de carburant dans la chambre de combustion 26 par l'injecteur 24 pendant la phase d'échappement. Cette introduction de carburant permet de réaliser un mélange carburé avec l'oxygène contenu dans le reliquat d'air. Compte tenu des hautes températures des gaz brûlés déjà présents dans la chambre, le mélange carburé s'enflamme et une postcombustion est effectuée dans cette chambre. Sans sortir du cadre de l'invention, l'allumage de ce mélange carburé peut être réalisé au moyen de l'activation du dispositif d'allumage, comme une bougie dans le cas d'un moteur à allumage commande, que contient ce moteur, ou par un dispositif d'allumage dédié qui peut être également sous la forme d'une bougie. Cette postcombustion se réalise, de manière préférentielle, au début de la phase d'échappement du moteur et après l'ouverture de la soupape d'échappement, ne dure que quelques millisecondes et est tributaire de la quantité de carburant introduit par l'injecteur 24 sous la commande de l'unité 46. Durant cette postcombustion, les gaz brûlés qui en résultent sont additionnés à ceux de la combustion initiale et sont évacués au travers de la soupape d'échappement 20 en ayant une énergie totale suffisante pour entraîner la turbine 42 à plus grande vitesse. Cette énergie est telle qu'elle permet d'accélérer plus rapidement la turbine et arriver plus vite la vitesse nécessaire au compresseur pour, en 2864161 7 conséquence, avoir en sortie de compresseur un air suralimenté à la pression souhaitée. D'une manière plus générale, cette postcombustion permet ainsi de réduire le temps de réponse du turbocompresseur. L'augmentation de la vitesse de la turbine est donc dépendante de la quantité d'excès d'air introduit lors de la phase d'admission du moteur et de la quantité de carburant injectée pour réaliser la postcombustion. Avantageusement, l'air nécessaire à cette postcombustion provient d'une stratification du mélange carburé utilisé pour la combustion initiale dans lequel l'une au moins des parties de ce mélange est un air dépourvu de carburant ou un air mélangé avec une quantité de carburant telle que la richesse de cette partie soit pauvre c'est-à-dire avec un excès d'oxygène. Comme cela est connu en soi, cette stratification se réalise par le contrôle conjoint de l'injection du carburant sous la commande de l'unité 46 qui commande cette injection et de l'admission d'air suralimenté au travers de la soupape d'admission 14. La figure 2 est une variante de la figure 1 et pour cela comporte les mêmes références. Cette variante se distingue de la réalisation de-la figure 1 par le fait que la combustion se réalise, dans la chambre de combustion 26, de manière conventionnelle avec un mélange carburé avec un excès d'air et que la postcombustion s'effectue dans le collecteur d'échappement 30 en lieu et place de la chambre de combustion comme précédemment décrit. Pour réaliser cette postcombustion, le collecteur d'échappement 30 porte un dispositif d'introduction de carburant dans son volume interne, comme un injecteur additionnel 50. Cet injecteur est commandé par une ligne 52 connectée à l'unité de contrôle 46. Lors d'une demande de puissance, l'unité de contrôle commande, dans un premier temps, l'introduction de carburant dans la chambre de combustion pour réaliser, avec l'air suralimenté contenu dans cette chambre, un mélange carburé avec un excès d'air de manière à obtenir un excédent d'oxygène qui ne se consumera pas lors de la combustion. Durant la poursuite du cycle de combustion, les gaz d'échappement qui contiennent une part non négligeable 2864161 8 d'air et donc d'oxygène sont évacués dans le collecteur d'échappement 30 au travers de la soupape d'échappement 20. Pour pouvoir réaliser un apport d'énergie à la turbine par les gaz d'échappement qui sont évacuées au travers de la soupape d'échappement, l'unité 46 commande une introduction supplémentaire de carburant dans le collecteur d'échappement 30 par l'injecteur 50 pour que ce carburant se mélange avec les gaz d'échappement. Comme précédemment décrit, ce mélange carburé s'enflamme, si nécessaire au moyen de l'activation d'un dispositif d'allumage ou dispositif d'allumage dédié, et une postcombustion est effectuée. Après cette postcombustion, les gaz brûlés qui traversent la turbine ont emmagasiné une quantité d'énergie telle que cela entraîne la turbine 42 à plus grande vitesse. Egalement, cette postcombustion permet de réduire le temps de réponse 15 du turbocompresseur. La figure 3 est une autre variante semblable à celle de la figure 2 mais pour laquelle la postcombustion se réalise dans la conduite 40 située entre le collecteur d'échappement 30 et la turbine 42. Pour cela, un injecteur additionnel 54 est placé sur cette conduite 40 et est relié par une ligne de commande bidirectionnelle 56 à l'unité de contrôle 46. Comme déjà mentionné en relation avec les autres figures, lors d'une demande de puissance, l'unité de contrôle commande l'introduction de carburant dans la chambre de combustion 26 pour réaliser, avec l'air suralimenté contenu dans cette chambre, un mélange carburé avec un excès d'air de manière à obtenir un excédent d'oxygène qui ne se consumera pas lors de la combustion. Pendant la phase d'échappement, le mélange de gaz brûlés et d'air, contenant de l'oxygène qui n'a pas été consumé avec le carburant, est évacué dans la ligne d'échappement. Ce mélange de gaz brûlés et d'air pénètre dans le collecteur d'échappement 30 au travers de la soupape d'échappement puis en ressort pour être dirigé vers la turbine 42 par la conduite 40. L'unité 46 commande une introduction supplémentaire de carburant dans la conduite 40 par l'injecteur 54 pour que ce carburant se mélange avec les gaz d'échappement. Comme précédemment décrit, ce mélange carburé s'enflamme, si nécessaire au moyen de l'activation d'un dispositif d'allumage ou dispositif d'allumage dédié, et une postcombustion est effectuée. Après cette postcombustion, les gaz brûlés qui vont traverser la turbine ont emmagasiné une quantité d'énergie telle que cela entraîne la turbine 42 à plus grande vitesse. Bien entendu et cela sans sortir de la présente invention, il peut être prévu de réaliser des postcombustions successives dans la chambre de combustion puis dans le collecteur d'échappement et/ou la conduite 40 en amont de la turbine. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisations décrites ci-dessus mais englobe toutes variantes et équivalents. Notamment, la description qui précède s'applique aussi bien aux moteurs suralimentés à injection directe qu'aux moteurs suralimentés à injection indirecte, notamment à allumage commandé. Dans le cas de moteurs à injection indirecte, le mélange carburé qui est introduit dans la chambre de combustion est un mélange homogène dont la richesse est globalement pauvre. De par cette richesse pauvre, il subsistera dans la chambre de combustion, à la fin de la phase de combustion, un mélange de gaz brûlés et d'air riche en oxygène. Cet excédent d'air riche en oxygène est ensuite utilisé pour pouvoir assurer la postcombustion, comme précédemment décrit en relation avec les figures 1 à 3. REVENDICATIONS 1) Procédé de contrôle d'un moteur à combustion interne suralimenté comprenant au moins un cylindre (10) comportant au moins un moyen d'admission (12) avec une soupape d'admission (14) ainsi qu'une tubulure d'admission (16) et au moins un moyen d'échappement (18) avec une soupape d'échappement (20) ainsi qu'une tubulure d'échappement (22), un dispositif de suralimentation (36) comprenant au moins un étage de compression (34) alimentant le moyen d'admission (12) en air suralimenté et un étage d'entraînement (42) alimenté, au travers d'une voie d'échappement (30,40), par les gaz d'échappement dudit moteur, caractérisé en ce qu'il consiste, en cas de demande de puissance du moteur: - à obtenir un mélange carburé avec un excès d'air dans le cylindre (10), pendant la phase d'admission du moteur, - à réaliser la combustion de ce mélange carburé dans ce cylindre, - à effectuer, pendant la phase d'échappement du moteur, une post injection de carburant de manière à obtenir une postcombustion avec l'air excédentaire en amont de l'étage d'entraînement (42) du dispositif de suralimentation. 2) Procédé de contrôle d'un moteur à combustion interne suralimenté selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser, dans le cylindre (10), une stratification du mélange carburé avec une couche de mélange carburé de richesse pauvre. 3) Procédé de contrôle d'un moteur à combustion interne suralimenté selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser, dans le cylindre (10), une stratification du mélange carburé avec une couche d'air dépourvu de carburant. 4) Procédé de contrôle d'un moteur à combustion interne suralimenté selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser 2864161 11 la post injection dans le cylindre (10) après l'ouverture de la soupape d'échappement (20). 5) Procédé de contrôle d'un moteur à combustion interne suralimenté selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser à réaliser la post injection dans la voie d'échappement (30, 40). 6) Procédé de contrôle d'un moteur à combustion interne suralimenté selon la revendication 5 dans lequel la voie d'échappement comprend un collecteur d'échappement (30), caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser la post injection dans le collecteur d'échappement. 7) Procédé de contrôle d'un moteur à combustion interne suralimenté selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il il consiste à réaliser la post injection dans la conduite d'échappement (40) en amont de l'étage d'entraînement (42) du dispositif de suralimentation (36). 8) Procédé de contrôle d'un moteur à combustion interne suralimenté selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif 20 de suralimentation comprend une turbine (42) entraînant un compresseur (34).