Brevet FR2902832A1 — publié le 20071228

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale les moteurs à combustion interne. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne comportant un circuit d'admission, des moyens de filtrage des gaz d'échappement, et un circuit de recirculation piqué sur le circuit d'admission. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour les moteurs à combustion interne de véhicules automobiles de type diesel. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les moteurs de véhicule automobile de type diesel comportent un circuit d'échappement pourvu généralement de moyens de dépollution et de filtrage. Ces moyens de dépollution et de filtrage comportent généralement un catalyseur et un filtre à particules. Lorsque le filtre à particules atteint un certain taux de remplissage, on procède à une phase dite de régénération du filtre à particules pendant laquelle les particules combustibles brûlent en étant soumises à une forte élévation de température. Si au cours de cette phase de régénération le moteur se met à fonctionner à un régime au ralenti, par exemple suite à un débrayage, la combustion des particules dans le filtre à particules peut s'emballer et provoquer une augmentation de température importante risquant de détruire le filtre à particules. En effet, au ralenti la quantité de gaz d'échappement est fortement diminuée tandis que la quantité d'air admise reste sensiblement la même. Il s'ensuit que le taux de dioxyde de carbone présent dans les gaz d'échappement traversant le filtre à particules diminue, tandis que, comparativement, le taux de dioxygène augmente, ce qui provoque l'emballement de la combustion des particules. OBJET DE L'INVENTION Par rapport à l'état de la technique précité, l'invention propose un nouveau procédé de pilotage du moteur à combustion interne qui limite le risque de destruction du filtre à particules. À cet effet, l'invention propose un procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne comportant un circuit d'admission, des moyens de filtrage des gaz d'échappement, et un circuit de recirculation piqué sur le circuit d'admission, qui consiste à réduire la section de passage de l'air dans le circuit d'admission en aval des moyens d'obturation lorsque l'on détecte une phase de régénération des moyens de filtrage ainsi qu'un état de fonctionnement au ralenti du moteur. La réduction de la section de passage de l'air dans le circuit d'admission permet, d'une part, de limiter la quantité d'air admise dans la chambre de combustion et donc la quantité de dioxygène présente dans les gaz d'échappement, et, d'autre part, de générer une dépression dans la partie du circuit d'admission située en avale du piquage du circuit de recirculation, ce qui provoque une augmentation du débit de gaz d'échappement recirculés à travers le circuit de recirculation et donc une augmentation du taux de dioxyde de carbone présent dans les gaz d'échappement. II en résulte que le taux de dioxygène présent dans les gaz d'échappement peut être diminué de manière à limiter l'emballement de la réaction exothermique de la phase de régénération des moyens de filtrage. En outre, l'augmentation du taux de gaz d'échappement recirculés permet de ralentir la combustion du mélange de gaz frais ce qui diminue le bruit 20 dans le moteur. Selon une première caractéristique avantageuse de l'invention, on réalise, à chaque cycle de combustion du moteur, une injection multiple de carburant dans chaque cylindre, cette injection multiple comportant une injection principale pour former un mélange carburé prêt à l'allumage et, au moins une 25 injection auxiliaire réalisée avant l'injection principale pour former un prémélange homogène du carburant injecté avec l'air admis dans le cylindre. L'injection auxiliaire permet d'homogénéiser la richesse du mélange de gaz frais dans la chambre de combustion. Cette homogénéisation permet, d'une part, de limiter la présence trop importante de dioxygène dans certaines parties du 30 mélange de gaz frais qui se retrouverait alors dans les gaz d'échappement et, d'autre part, de stabiliser la combustion dans le moteur. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'injection multiple comporte deux injections auxiliaires réalisées avant l'injection principale. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, chacune des deux injections auxiliaires fournit une quantité de carburant comprise entre 10% et 20% de la quantité de carburant fournie par l'injection principale. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la réduction de la section de passage de l'air dans le circuit d'admission est réalisée de telle sorte que la partie du circuit d'admission située en aval des moyens d'obturation soit en dépression, avec une pression comprise entre 900 et 1000 mbar. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le moteur comportant un turbocompresseur, on ferme les ailettes de la turbine du turbocompresseur de manière à mettre en surpression la partie du circuit d'échappement située en amont de ladite turbine. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, on augmente le débit des gaz d'échappement recirculés dans le circuit de recirculation. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la réduction de la section de passage de l'air dans le circuit d'admission est réalisée de manière à obtenir un taux de gaz d'échappement recirculés dans le circuit de recirculation compris entre 65% et 75%. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la quantité de carburant injectée dans le moteur est déterminée de manière à obtenir une 20 pression moyenne efficace du moteur comprise entre 0 et 2 bars. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, on fait fonctionner un alternateur pour puiser l'énergie dégagée par la pression moyenne efficace du moteur. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION 25 La description qui va suivre en regard des dessins annexés d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne ; et 30 la figure 2 est un graphique donnant, pour un cylindre, la courbe d'activation de l'injecteur de carburant, la courbe de pression dans le cylindre, et les courbe de dégagement d'énergie en fonction de l'angle de vilebrequin. Sur la figure 1 on a représenté un moteur à combustion interne de véhicule automobile de type diesel comportant des cylindres 5 et un circuit d'admission 7 d'air équipé, d'une part, de moyens d'obturation 72 dudit circuit d'admission 7 d'air et, d'autre part, d'un répartiteur d'admission d'air 71 pour répartir l'air dans les cylindres 5. Ici, les moyens d'obturation 72 comportent une vanne d'admission 72 pourvue d'un volet permettant de faire varier la section de passage du circuit d'admission 7. Le moteur comporte également un circuit d'échappement 6 pourvu, d'une part, d'un collecteur d'échappement 61 pour récupérer les gaz d'échappement en sortie des cylindres 5, et, d'autre part, de moyens de dépollution (non représenté) et de moyens de filtrage 62 des gaz d'échappement. Les moyens de dépollution comportent un pot catalytique situé en amont des moyens de filtrage 62, dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement, et les moyens de filtrage 62 comportent ici un filtre à particules. On peut prévoir en variante que les moyens de filtrage intègrent les moyens de dépollution. II est prévu un circuit de recirculation 8 des gaz d'échappement dont l'entrée est piquée sur le circuit d'échappement 6 et dont la sortie est piquée sur le circuit d'admission 7 en aval des moyens d'obturation 72 dans le sens d'écoulement de l'air. Enfin, le moteur comporte un turbocompresseur 80 dont le compresseur est associé au circuit d'admission 7 et dont la turbine est associée au circuit d'échappement 6, en aval de l'entrée du circuit de recirculation 8. Du carburant est injecté à chaque cycle de combustion du moteur et dans chaque cylindre 5 du moteur au moyen d'un injecteur à rampe commune (non représenté). Le moteur est équipé d'un calculateur (non représenté) apte à commander l'activation de l'injecteur à rampe commune, ainsi que la position de la vanne d'admission 72 et la position des ailettes de la turbine du turbocompresseur 80. Le moteur comporte également des moyens de détection (non représentés) d'une phase de régénération des moyens de filtrage 62 et des moyens de détection (non représentés) du régime de fonctionnement du moteur. Ici, les moyens de détection sont compris dans le calculateur, mais, en variante, ces moyens de détection peuvent être distincts du calculateur. Le moteur décrit ci-dessus permet de mettre en oeuvre un procédé de pilotage du moteur à combustion interne lorsqu'il se produit une phase de régénération des moyens de filtrage 62 et lorsque le régime du moteur est au ralenti. Pour cela les moyens de détection détectent une phase de régénération des moyens de filtrage 62, c'est-à-dire la combustion des particules du filtre à particule, ainsi que le fonctionnement du moteur à un régime au ralenti. Ici, le régime du moteur au ralenti est de 800 trs/min. En variante, le régime du moteur au ralenti peut être compris entre 700 et 900 trs/min. Préférentiellement, cette détection du régime du moteur au ralenti est réalisée dans les secondes qui suivent la détection de la phase de régénération des moyens de filtrage, c'est-à-dire au début de la combustion des particules dans le filtre à particules. Lorsque de telles conditions sont détectées, le calculateur commande alors l'actionnement du volet de la vanne d'admission 72 pour réduire la section de passage de l'air dans le circuit d'admission 7. La réduction de la section de passage de l'air est réalisée de telle sorte que la partie du circuit d'admission située en aval des moyens d'obturation 72 soit en dépression, avec ici une pression de 952 mbar. En variante cette pression peut être comprise entre 900 et 1000 mbar. Le calculateur commande également la fermeture des ailettes de la turbine du turbocompresseur 80 de manière à augmenter la pression en amont de la turbine, c'est-à-dire dans la partie amont du circuit d'échappement où est piquée l'entrée du circuit de recirculation 8 des gaz d'échappement. L'entrée du circuit de recirculation 8 est ainsi en surpression par rapport à la sortie du circuit de recirculation 8, qui est en dépression. Il en résulte une augmentation du débit de gaz d'échappement recirculés qui est admis dans les cylindres 5. Le taux de gaz d'échappement recirculés augmente et est stabilisé à 68%. Ce taux de gaz d'échappement recirculés correspond au rapport de la quantité de dioxyde de carbone mesurée à l'admission dans les cylindres sur la quantité de dioxyde de carbone mesurée à l'échappement. On peut également prévoir d'utiliser des moyens de régulation du débit de gaz d'échappement recirculés dans le circuit de recirculation, telle qu'une vanne de régulation, qui permet alors de stabiliser le taux de gaz d'échappement recirculés à une valeur prédéterminée. En variante, la réduction de la section de passage de l'air dans le circuit d'admission 7 peut être pilotée par le calculateur conjointement ou non avec la position des ailettes de la turbine et de la vanne de régulation des gaz d'échappement recirculés, de manière à obtenir un taux de gaz d'échappement recirculés dans le circuit de recirculation compris entre 65% et 75%. L'augmentation du taux de gaz d'échappement recirculés permet d'augmenter le taux de dioxyde de carbone dans les gaz d'échappement et la diminution de la quantité d'air admise permet de diminuer la quantité de dioxygène dans les gaz d'échappement. Pour stabiliser le régime du moteur au ralenti, la quantité de carburant injectée dans le moteur est déterminée de manière à obtenir une pression moyenne efficace du moteur de 1,17 bar. Cette pression moyenne efficace du moteur peut être comprise entre 0 et 2 bars. La pression moyenne efficace correspond à la charge du moteur, c'est-à-dire au couple mesuré sur le vilebrequin ou encore à la puissance développée par le moteur. Pour puiser l'énergie dégagée par la pression moyenne efficace du moteur, on fait fonctionner un alternateur associé au moteur. Pour cela on peut par exemple mettre en service les éléments électriques de ventilation ou encore les bougies de préchauffage associés au moteur. Sur la figure 2, on a représenté un graphique donnant, notamment, la courbe d'activation de l'injecteur de carburant CO, pour un cylindre et un cycle de combustion en fonction de l'angle de vilebrequin. L'angle de vilebrequin est l'angle de rotation du vilebrequin et la valeur de 0 correspond à la position du piston dans le cylindre au point mort haut. Selon le procédé de pilotage du moteur, l'injection de carburant dans chaque cylindre est une injection multiple qui comporte une injection principale 13 pour former un mélange carburé prêt à l'allumage et, au moins une injection auxiliaire 11,12 réalisée avant l'injection principale 13 pour former un prémélange homogène du carburant injecté avec l'air admis dans le cylindre. Préférentiellement et comme représenté sur la figure 2, l'injection multiple comporte deux injections auxiliaires 11,12 réalisées avant l'injection principale 13. L'injection principale 13 fournit, pour un cycle de combustion du moteur, environ 9,5 grammes de carburant. La première et la deuxième injection auxiliaire 11, 12 fournissent respectivement 2 et 1,5 gramme de carburant. La diminution de la quantité d'air admis par l'actionnement des moyens d'obturation génère un mélange de gaz frais riche. Ici, la richesse du mélange de gaz frais est de 0,806. La quantité de carburant injectée pour chaque injection auxiliaire I1, 12 peut être comprise entre 10% et 20% de la quantité injectée pour l'injection principale 13. Ici, la première injection auxiliaire 11 est calée à un angle de vilebrequin de - 41 , la deuxième injection auxiliaire 12 à un angle de vilebrequin de - 21 , et l'injection principale 13 est réalisée pour un angle de vilebrequin de - 16 . Les injections auxiliaires 11, 12 permettent d'homogénéiser la richesse du mélange de gaz frais dans la chambre de combustion. Cette homogénéisation permet, d'une part, de limiter la présence trop importante de dioxygène dans certaines parties du mélange de gaz frais qui se retrouverait dans les gaz d'échappement et, d'autre part, de stabiliser la combustion dans le moteur. En variante, les injections principale et auxiliaire peuvent être calées pour un angle de vilebrequin compris entre -60 et 0 . Sur la figure 2, on a également représenté la courbe de pression C3 dans le cylindre et les courbes de dégagement d'énergie locale Cl et intégrée C2 en fonction de l'angle de vilebrequin. Ces courbes sont obtenues dans les conditions précisées ci-dessus, à savoir une pression moyenne efficace du moteur de 1,17 bar, un régime du moteur à 800 tours/min et une richesse du mélange de gaz frais de 0,806. La pression dans le circuit d'admission en aval des moyens d'obturation est maintenue à 952 mbar et le taux de gaz d'échappement recirculés est de 68%. Les courbes d'énergie dégagée Cl, C2 et la courbe de pression C3 mettent en évidence que dans ces conditions de fonctionnement du moteur, la combustion est stable et sans acyclisme puisque ces courbes sont lisses et présentent un maximum sensiblement au point mort haut (0 ). Le procédé décrit ci-dessus permet ainsi de descendre d'un taux de dioxygène dans les gaz d'échappement de 12% à 5%, ce qui permet de limiter l'emballement de la réaction exothermique de la phase de régénération du filtre à particules, sans dégrader les performances du moteur. Le taux de dioxygène dans les gaz d'échappement peut être ajusté à un autre taux souhaité par le pilotage de la position de la vanne d'admission qui influe, d'une part, sur la quantité d'air admise, et d'autre part, sur le débit de gaz d'échappement, ainsi que par le pilotage de la position des ailettes du turbocompresseur qui influe sur la pression en entrée du circuit de recirculation et donc sur le taux de gaz d'échappement recirculés. La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante 5 conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne comportant un circuit d'admission (7) pourvu de moyens d'obturation (72), des moyens de filtrage (62) des gaz d'échappement, et un circuit de recirculation (8) piqué sur le circuit d'admission (7), caractérisé en ce qu'il consiste à réduire la section de passage de l'air dans le circuit d'admission (7) en aval des moyens d'obturation (72) lorsque l'on détecte une phase de régénération des moyens de filtrage (62) ainsi qu'un état de fonctionnement au ralenti du moteur. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on réalise, à chaque cycle de combustion du moteur, une injection multiple de carburant dans chaque cylindre (5), cette injection multiple comportant une injection principale (13) pour former un mélange carburé prêt à l'allumage et, au moins une injection auxiliaire (11,12) réalisée avant l'injection principale (13) pour former un prémélange homogène du carburant injecté avec l'air admis dans le cylindre. 3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'injection multiple comporte deux injections auxiliaires (11,12) réalisées avant l'injection principale (13). 4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chacune des deux injections auxiliaires (11,12) fournit une quantité de carburant comprise entre 10% et 20% de la quantité de carburant fournie par l'injection principale (13). 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la réduction de la section de passage de l'air dans le circuit d'admission (7) est réalisée de telle sorte que la partie du circuit d'admission située en aval des moyens d'obturation (72) soit en dépression, avec une pression comprise entre 900 et 1000 mbar. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, le moteur comportant un turbocompresseur (80), on ferme les ailettes de la turbine du turbocompresseur de manière à mettre en surpression la partie du circuit d'échappement située en amont de ladite turbine. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on augmente le débit des gaz d'échappement recirculés dans le circuit de recirculation (8). 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la réduction de la section de passage de l'air dans le circuit d'admission (7) est réalisée de manière à obtenir un taux de gaz d'échappement recirculés dans le circuit de recirculation compris entre 65% et 75%. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité de carburant injectée dans le moteur est déterminée de manière à obtenir une pression moyenne efficace du moteur comprise entre 0 et 2 bars. 10. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'on fait fonctionner un alternateur pour puiser l'énergie dégagée par la pression moyenne efficace du moteur.