Brevet FR2909719A1 — publié le 20080613

Moteur à combustion interne à contrôle de température des gaz de combustion et procédé correspondant. La présente invention a pour objet un moteur thermique et un procédé de commande d'un tel moteur, notamment pour un véhicule automobile, et notamment pour une motorisation diesel, dans lequel une recirculation partielle des gaz d'échappement et un contrôle de la température des gaz d'échappement recyclés permet de diminuer le niveau des polluants. Les normes environnementales se montrent de plus en plus sévères envers les émissions de polluants, notamment les émissions d'oxydes d'azote et de particules. Ces polluants sont formés lors de la combustion dans des conditions de combustion particulières. Les oxydes d'azotes sont formés à haute température et forte teneur en oxygène tandis que les particules de suies sont générées à haute température et faible teneur en oxygène. Pour parvenir à un contrôle des émissions de polluants, une des mesures connues est l'utilisation d'un filtre à particules. Ce filtre, dans lequel une grande quantité de particules se retrouvent piégées, est composé d'un ensemble de canaux de taille comparable à la taille des particules à piéger. Une fois saturé en particules, le filtre est vidé en brûlant les particules. Cette phase est appelée régénération est obtenue soit grâce à des dispositifs de chauffe soit grâce à des réglages moteurs permettant d'obtenir la température requise. De leur coté, les émissions d'oxydes d'azote peuvent être contrôlées en installant un filtre catalytique au niveau de l'échappement. Ce filtre est constitué d'éléments catalytiques favorisant la décomposition des oxydes d'azotes en espèces moins nocives. Comme pour le filtre à particule, une certaine température est nécessaire à son fonctionnement, obtenue soit avec des éléments de chauffe soit avec des réglages moteurs. On peut également agir sur les mécanismes de production des oxydes d'azote. Pour cela, on modifie la teneur en oxygène des gaz admis dans le cylindre et la température de 2909719 2 combustion. En pratique, on utilise une recirculation partielle des gaz d'échappement qui permet de modifier la nature et la teneur relative des différents gaz admis dans le cylindre. Dépourvus d'oxygène et de carburant, les gaz d'échappement recyclés ne participent pas à la 5 combustion. Ils peuvent ainsi être utilisés pour modifier la teneur en oxygène de la combustion. On peut également les utiliser pour modifier la température des gaz admis dans le cylindre en ajoutant un refroidisseur en série avec le système de recirculation des gaz. En diminuant la température de combustion, on favorise la 10 création de particules de suie par rapport à la formation d'oxydes d'azote. Ces suies sont ensuite piégées dans le filtre à particules. Cependant, une diminution trop importante de la température favorise la production d'hydrocarbures et de monoxyde de carbone, eux aussi polluants notoires. I1 faut alors être capable de réguler les conditions 15 de combustion pour obtenir un compromis entre la production des différents polluants. La demande de brevet FR2878572 divulgue un système comprenant une recirculation de gaz d'échappement munie en série d'un refroidisseur. En parallèle de cet ensemble, une dérivation permet 20 de contourner le refroidisseur pour recycler des gaz d'échappement non refroidis. L'ensemble du système est commandé pour contrôler la température des gaz d'échappement de façon à atteindre la température requise pour la régénération du filtre à particules tout en limitant l'émission d'oxydes d'azotes. 25 La demande de brevet FR2827013 divulgue un système de contrôle de la température des gaz admis dans le moteur comprenant un dispositif de chauffage et de refroidissement de l'air admis dans le moteur ainsi qu'un dispositif d'échange de chaleur agissant sur les gaz d'échappement recirculés. L'ensemble du système permet de 30 préchauffer l'air admis pour obtenir une montée en température du dispositif catalytique dés que possible après le démarrage du moteur. De même, le système d'échange thermique permet de réguler la température des gaz partiellement recirculés pour contrôler la 2909719 3 température des gaz admis dans le moteur afin de réduire la quantité d'oxydes d'azote émis. Ainsi le problème devant lequel se retrouvent tous les constructeurs peut se résumer à un compromis sur la température et la 5 teneur en oxygène lors de combustion et l'influence d'un tel compromis sur la production des oxydes d'azote, des particules, de monoxyde d'azote et des hydrocarbures inférieurs. Jusqu'à présent, on optimisait le contrôle de température des gaz recyclés en utilisant une dérivation tout ou rien du 10 refroidissement des gaz recyclés. Mais de tels dispositifs ne sont pas suffisamment efficaces pour faire face aux nouvelles normes sur les émissions de polluants. La présente invention a pour objet un système de recirculation partielle des gaz d'échappement permettant de modifier la température 15 des gaz d'échappement recyclés. L'invention a également pour objet d'améliorer la réduction des gaz polluants dans les gaz d'échappement. Enfin, elle a également pour objet de mieux contrôler le fonctionnement de la recirculation de des gaz d'échappement. 20 Dans un mode de réalisation, un moteur à combustion interne, notamment pour un véhicule automobile, comprend une conduite de recirculation partielle des gaz d'échappement équipée d'un refroidisseur de gaz d'échappement, une conduite de dérivation du refroidisseur, et des vannes pour contrôler les débits gazeux dans les 25 deux conduites. Un tel moteur comprend un capteur de température disposé de façon à mesurer la température des gaz d'échappement recyclés avant leur mélange avec l'air admis dans le moteur et un moyen de régulation de la température des gaz d'échappement recyclés par action proportionnelle sur les vannes en fonction d'une 30 température de consigne des gaz d'échappement recyclés. Dans un telle configuration de moteur, on peut contrôler la température des gaz admis dans le moteur en modifiant la proportion de gaz recyclés qui sont refroidis grâce à la dérivation du refroidisseur. Le contrôle proportionnel sur les vannes permet de 2909719 4 conserver un débit constant tout en faisant varier la proportion de gaz passant dans chaque conduite. Enfin, le capteur de température est disposé de façon à mesurer la température des gaz avant leur mélange avec l'air frais entrant dans le collecteur d'admission. On dispose 5 ainsi d'une mesure fiable et représentative de la température finale des gaz d'échappement recyclés. Le moteur à combustion interne peut comprendre avantageusement un moyen de calcul permettant d'estimer la température de consigne des gaz d'échappement recyclés à partir d'une 10 cartographie mémorisée de valeurs de consigne en fonction du régime de rotation du moteur et du débit de carburant. Le moteur à combustion interne peut comprendre une cartographie de valeurs de correction de la température de consigne des gaz d'échappement recyclés en fonction du débit d'air admis dans 15 le moteur. Le moteur à combustion interne, étant pourvu d'un dispositif de traitement catalytique des gaz d'échappement avant leur évacuation dans l'atmosphère, peut comprendre une cartographie de valeurs de correction de la température de consigne des gaz d'échappement 20 recyclés en fonction de la température du dispositif de traitement catalytique. Le moteur à combustion interne comprend un moyen de régulation recevant en entrée une valeur égale à la différence entre la température mesurée des gaz d'échappement recyclés et la température 25 de consigne des gaz d'échappement recyclés après correction ainsi qu'une valeur de la pression de sortie du collecteur d'échappement et qui émet en sortie un signal de commande des vannes en entrée des deux conduites. Dans un mode de réalisation, le moteur à combustion interne 30 comprend un moyen de diagnostic recevant en entrée la différence entre la température mesurée et la température de consigne des gaz d'échappement recyclés. Le moyen de diagnostic est capable de déterminer un dysfonctionnement des fonctions de recirculation partielle et de refroidissement des gaz d'échappement si la différence 2909719 5 entre la température mesurée et la température de consigne des gaz d'échappement recyclés ne converge pas vers zéro après une durée limite mémorisée. Un autre aspect de l'invention concerne un procédé de 5 commande d'un moteur à combustion interne, notamment pour un véhicule automobile, avec recirculation partielle des gaz d'échappement, refroidissement de ces gaz et mélange avec des gaz d'échappement non refroidis. Dans ce procédé, on régule la température des gaz d'échappement recyclés, mesurée avant leur 10 mélange avec l'air admis dans le moteur, en agissant de façon proportionnelle sur les débits relatifs des gaz d'échappement refroidis et non refroidis en fonction d'une température de consigne des gaz d'échappement recyclés. Dans un mode de mise en oeuvre, la température de consigne 15 des gaz d'échappement recyclés est déterminée à partir d'une cartographie de température des gaz d'échappement recyclés en fonction du régime de rotation du moteur et de la quantité de carburant injectée dans le moteur. Dans le cas d'un moteur pourvu d'un dispositif de traitement 20 catalytique des gaz d'échappement, la température de consigne des gaz d'échappement recyclés est corrigée en fonction du débit d'air admis dans le moteur et en fonction de la température du dispositif de traitement catalytique. Un signal de dysfonctionnement des fonctions de recirculation 25 partielle et de refroidissement des gaz d'échappement recyclés peut être émis, si la température mesurée n'atteint pas la température de consigne des gaz d'échappement recyclés au bout d'une durée limite mémorisée. 30 D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : 2909719 6 la figure 1 représente une vue schématique des différents organes d'un moteur à combustion interne selon l'invention ; et la figure 2 est un schéma synoptique des différentes étapes d'un procédé de régulation de la température et de diagnostic de la 5 recirculation partielle des gaz d'échappement. La figure 1 montre une vue schématique des différents organes d'un moteur 1 à combustion interne selon l'invention. L'air frais admis passe par un filtre à air 2, puis dans un débitmètre 3. Cet air est 10 ensuite dirigé vers un compresseur 4a d'un turbocompresseur 4. Le compresseur 4a est sur le même axe que la turbine 4b. Le turbocompresseur 4 est optionnel. L'air ainsi comprimé est dirigé vers le collecteur d'admission 5a. En sortie du moteur 1, les gaz d'échappement passent successivement par le collecteur 15 d'échappement 5b, la turbine 4b, une conduite 6 d'échappement et un dispositif 7 de traitement catalytique des gaz d'échappement avant leur évacuation dans l'atmosphère. En sortie du collecteur d'échappement 5b, une conduite 8 de recirculation partielle des gaz d'échappement permet de prélever une partie des gaz d'échappement pour les 20 mélanger avec l'air frais admis pour en modifier la température et la composition. La conduite 8 est munie d'une vanne 9, d'un refroidisseur 10 et d'une vanne 11 de contrôle du taux de gaz recyclés. Une conduite 12 de dérivation du refroidisseur est piquée sur la conduite 8 avant la vanne 9. La conduite 12 de dérivation est équipée 25 d'une vanne 13 et vient se raccorder à la conduite 8 après le refroidisseur 10 et avant la vanne 11. Une unité de commande électronique 14 commande le fonctionnement du moteur 1. Elle comprend un moyen 15 de détermination de la température de consigne des gaz recyclés, un 30 moyen 16 de régulation de température et un moyen 17 de la recirculation partielle des gaz d'échappement. Le moyen 15 de détermination de la température de consigne des gaz recyclés est relié au débitmètre 3 par la liaison 3a et au capteur 18 de température du dispositif 7 de traitement catalytique des gaz d'échappement par la 2909719 7 liaison 18a. Sa sortie est reliée à un additionneur qui reçoit également un signal du capteur de température 19 par la liaison 19a. Cet additionneur calcule la différence entre la température des gaz d'échappement recyclés mesurée par le capteur 19 et la température de 5 consigne des gaz d'échappement recyclés. Cette différence de températures est alors transmise au moyen 17 de diagnostic et au moyen 16 de régulation. Le moyen 16 de régulation est relié à la vanne 9 par la liaison 9a, à la vanne 13 par la liaison 13a, et à la vanne 11 par la liaison l i a . 10 La figure 2, sur laquelle les organes similaires portent les mêmes références, montre un schéma synoptique des différentes étapes du procédé de régulation de la température et de diagnostic de la recirculation partielle des gaz d'échappement. En fonction du régime moteur Nmot et du débit de carburant 15 Qcarb, une température de consigne des gaz d'échappement recyclés Tegr cons est extraite de la cartographie 20 de température de la recirculation partielle des gaz d'échappement mémorisée. Une première correction est extraite d'une cartographie 21 de correction en fonction du débit d'air Qair admis dans le moteur, du régime moteur 20 Nmot et du débit de carburant Qearb. Une deuxième correction est déterminée de façon similaire à partir d'une cartographie 22 de correction en fonction de la température de l'élément catalytique Tcata, du régime moteur Nmot et du débit de carburant Qearb. La température de consigne après correction des gaz d'échappement recyclés 25 Tegr cons final, issue des deux corrections précédentes, est envoyée à un additionneur. Cet additionneur calcule l'écart Eegr entre valeur de consigne Tegr cons final et valeur mesurée Tegrmes par le capteur 19. Cette valeur est alors envoyée au moyen 16 de régulation et au moyen 17 de diagnostic. 30 Le moyen 16 de régulation comprend une unité 23 de régulation de type dérivé et d'une unité 24 de régulation de type proportionnel - intégral . L'unité 24 de régulation de type proportionnel - intégral reçoit sur son entrée l'écart Eegr et émet un signal de régulation. Simultanément, la pression en sortie de collecteur 2909719 8 d'échappement Pavt est mesurée et fournie à l'unité 23 de régulation de type dérivé qui émet un signal de correction de la régulation. Les signaux provenant de l'unité 23 et 24 sont additionnés et fournis au moyen 25 de commande des vannes qui émet des signaux de commande 5 vers les vannes 9 et 13 par les liaisons respectives 9a et 13a. Parallèlement, l'écart de température Eegr est envoyé au moyen 17 de diagnostic de la recirculation partielle des gaz d'échappement. Si cette valeur n'est pas réduite à zéro au cours d'un intervalle de temps mémorisé, le moyen de diagnostic déclare une défaillance de la 10 recirculation partielle des gaz d'échappement. L'invention telle que présentée s'applique préférentiellement à un moteur de type diesel. I1 peut être envisagé de l'adapter à un moteur essence. Les polluants majeurs en présence seraient alors les 15 oxydes d'azote, les hydrocarbures et le monoxyde d'azote. De même, l'invention pourrait être appliquée à la gestion d'autres polluants non mentionnés ici et dont la formation serait favorisée ou défavorisée par les mêmes paramètres ou d'autres paramètres que ceux présentés ici. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, comprenant une conduite (8) de recirculation partielle des gaz d'échappement munie d'une vanne (9), d'un refroidisseur (10) et d'une vanne (11) de contrôle du taux de gaz recyclés et une conduite (12) de dérivation du refroidisseur piquée sur la conduite (8) avant la vanne (9), équipée d'une vanne (13) et venant se raccorder à la conduite (8) après le refroidisseur (10) et avant la vanne (11), caractérisé par le fait qu'il comprend un capteur (19) de température disposé de façon à mesurer la température des gaz d'échappement recyclés avant leur mélange avec l'air admis dans le moteur (1) et un moyen (16) de régulation de la température des gaz d'échappement recyclés par action proportionnelle sur les vannes (9) et (13) en fonction d'une température de consigne des gaz d'échappement recyclés. 2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, comprenant un moyen (15) de détermination de la température de consigne des gaz recyclés permettant d'estimer la température de consigne des gaz d'échappement recyclés à partir d'une cartographie (20) mémorisée de valeurs de consigne en fonction du régime de rotation du moteur et du débit de carburant. 3. Moteur à combustion interne selon la revendication 2 dans lequel le moyen (15) de détermination de la température de consigne des gaz recyclés comprend une cartographie (21) de valeurs de correction de la température de consigne des gaz d'échappement recyclés en fonction du débit d'air admis dans le moteur. 4. Moteur à combustion interne selon les revendications 2 ou 3 pourvu d'un dispositif (7) de traitement catalytique des gaz d'échappement avant leur évacuation dans l'atmosphère, dans lequel le moyen (15) de détermination de la température de consigne des gaz recyclés comprend une cartographie (22) de valeurs de correction de la 2909719 10 température de consigne des gaz d'échappement recyclés en fonction de la température du dispositif de traitement catalytique. 5. Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 2 à 4, comprenant un moyen de régulation (16) recevant en entrée une 5 valeur égale à la différence entre la température mesurée des gaz d'échappement recyclés et la température de consigne des gaz d'échappement recyclés après correction et une valeur de la pression de sortie du collecteur (5) d'échappement et qui émet en sortie un signal de commande des vannes (9) et (13). 10 6. Moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes comprenant un moyen (17) de diagnostic recevant en entrée la différence entre la température mesurée et la température de consigne des gaz d'échappement recyclés, capable de déterminer un dysfonctionnement des fonctions de recirculation partielle et de 15 refroidissement des gaz d'échappement si la différence entre la température mesurée et la température de consigne des gaz d'échappement recyclés ne converge pas vers zéro après une durée limite mémorisée. 7. Procédé de commande d'un moteur à combustion interne, 20 notamment pour véhicule automobile, avec recirculation partielle des gaz d'échappement, refroidissement de ces gaz et mélange avec des gaz d'échappement non refroidis, dans lequel on régule la température des gaz d'échappement recyclés, mesurée avant leur mélange avec l'air admis dans le moteur, en agissant de façon proportionnelle sur les 25 débits relatifs des gaz d'échappement refroidis et non refroidis et en fonction d'une température de consigne des gaz d'échappement recyclés. 8. Procédé de commande selon la revendication 7 dans lequel la température de consigne des gaz d'échappement recyclés est 30 déterminée à partir d'une cartographie de températures des gaz d'échappement recyclés en fonction du régime de rotation du moteur et de la quantité de carburant injectée dans le moteur. 9. Procédé de commande d'un moteur pourvu d'un dispositif (7) de traitement catalytique des gaz d'échappement selon les 2909719 11 revendications 7 ou 8 dans lequel la température de consigne des gaz d'échappement recyclés est corrigée en fonction du débit d'air admis dans le moteur et en fonction de la température du dispositif (7) de traitement catalytique. 5 10. Procédé de commande selon l'une des revendications 7 à 9 dans lequel un signal de dysfonctionnement des fonctions de recirculation partielle et de refroidissement des gaz d'échappement recyclés est émis, si la température mesurée n'atteint pas la température de consigne des gaz d'échappement recyclés au bout d'une 10 durée limite mémorisée.