Brevet FR2919669A1 — publié le 20090206

"Procédé de commande d'un moteur thermique avec injection d'air par l'échappement" L'invention concerne un procédé de commande d'un moteur thermique de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de commande d'un moteur thermique de véhicule automobile comportant au moins une chambre de combustion, qui est alimentée en carburant par l'intermédiaire d'un injecteur de carburant débouchant directement dans la chambre de io combustion, qui est dotée d'un dispositif d'allumage commandé, qui est alimentée en air par l'intermédiaire d'un conduit d'admission d'air débouchant dans la chambre de combustion par l'intermédiaire d'un siège d'une soupape d'admission commandée, et qui est susceptible d'évacuer des gaz d'échappement résultant 15 de la combustion d'un mélange d'air et de carburant par l'intermédiaire d'au moins une soupape d'échappement commandée dont un siège communique avec un conduit d'échappement, ledit moteur comportant par ailleurs un dispositif d'injection d'air dans la chambre de combustion agencé dans le 20 conduit d'échappement à proximité de la soupape d'échappement, ledit procédé comportant au moins une première étape dite "d'allumage commandé" au cours de laquelle le dispositif d'allumage est commandé pour provoquer la combustion du mélange d'air et de carburant. 25 On connaît de nombreux exemples de procédés de ce type. Parmi ceux-ci, il est connu des procédés au cours desquels il est réalisé une injection d'air dans les chambres de combustion du moteur thermique, notamment à des fins de dépollution. Le document FR-A1-2.696.504 décrit par exemple un 30 dispositif permettant d'injecter de l'air dans la chambre de combustion d'un moteur thermique de véhicule automobile par l'intermédiaire d'un dispositif d'injection agencé à proximité d'une soupape d'échappement du moteur, dans le but de provoquer une 2 post-combustion des gaz d'échappement afin d'en limiter la teneur en monoxyde de carbone CO et en hydrocarbures HC imbrûlés. Un dispositif semblable peut être utilisé pour favoriser l'amorçage d'un pot catalytique agencé en aval dans la tubulure d'échappement, ou bien pour améliorer la qualité du mélange carburé admis dans la chambre de combustion. Or, les récents développements des moteurs thermiques en termes de commande de soupapes permettent de bénéficier de moteurs à soupapes commandées, dit moteurs "camless" pour io lesquels il est possible d'envisager de nouveaux modes de fonctionnement. En effet, dans un moteur dit "camless" fonctionnant la plupart du temps selon un mode d'allumage commandé, il est dorénavant possible d'envisager aussi un mode de 15 fonctionnement selon un allumage par compression. Or, un problème se pose dans certaines conditions de fonctionnement du moteur. Par exemple, à faible régime et à charge réduite du moteur, l'allumage par compression du mélange carburé est 20 actuellement limité par la faible température des gaz brûlés encore enfermés dans la chambre de combustion. Or, bien que les systèmes de levée et de phasage variable des soupapes permettent de modifier la quantité d'air introduite ainsi que la quantité de gaz brûlés piégés dans la chambre de combustion, 25 ces quantités demeurent insuffisantes, de sorte qu'il n'est actuellement pas possible d'obtenir un auto-allumage du mélange d'air et de carburant pour des faibles régimes et des charges réduites du moteur. D'une manière similaire, à fort régime et à charge élevée, 30 la capacité d'auto inflammation du mélange carburé est limitée par le remplissage de la chambre de combustion, qui est limité par la très faible durée d'ouverture des soupapes. 3 L'invention propose un procédé de commande d'un moteur dit "camless" visant à lui permettre de fonctionner selon un mode d'allumage par compression. Dans ce but, l'invention propose un procédé du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une deuxième étape dite "d'allumage par compression" au cours de laquelle, pour chaque ouverture de la soupape d'échappement associée à une phase d'échappement de la chambre de combustion, le dispositif d'injection d'air est commandé pour io provoquer une injection d'air sous pression dans la chambre de combustion au travers du siège de la soupape d'échappement, pour que la seule compression du mélange d'air et de carburant provoque la combustion dudit mélange. Selon d'autres caractéristiques de l'invention 15 - le procédé comporte une troisième étape dite "d'allumage par compression" au cours de laquelle : - - pour chaque ouverture de la soupape d'échappement associée à une phase d'échappement de la chambre de combustion, le dispositif d'injection d'air est 20 commandé pour provoquer une injection d'air sous pression dans la chambre de combustion au travers du siège de la soupape d'échappement, et - - pour chaque ouverture de la soupape d'admission associée à une phase d'admission de la chambre de combustion, 25 la soupape d'échappement est commandée en ouverture et le dispositif d'injection d'air est commandé provoquer une injection d'air sous pression dans la chambre de combustion au travers du siège de la soupape d'échappement, - - pour que la seule compression du mélange d'air et 30 de carburant provoque la combustion dudit mélange, - au cours de chaque deuxième ou troisième étape "d'allumage par compression", le dispositif d'injection d'air est commandé sous une pression d'injection déterminée qui est 4 supérieure à une pression de gaz d'échappement régnant dans la chambre de combustion, - la deuxième étape du procédé est mise en oeuvre seulement lorsque le moteur fonctionne à faible régime et à charge réduite, - la troisième étape du procédé est mise en oeuvre seulement lorsque le moteur fonctionne à haut régime et à charge élevée, - au cours de chaque étape "d'allumage par compression" io un dispositif d'injection de carburant associé au dispositif d'injection d'air sous pression est mis en oeuvre de manière synchronisée avec le dispositif d'injection d'air. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la 15 compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma représentatif de la deuxième étape du procédé selon l'invention ; -la figure 2 est un schéma représentatif de la troisième 20 étape du procédé selon l'invention; - la figure 3 est une vue schématique d'un moteur réalisé conformément à un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions 25 similaires. On a représenté sur la figure 3 un moteur thermique 10 de véhicule automobile destiné à la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention. De manière connue, le moteur thermique 10 comporte au 30 moins une chambre de combustion 12 qui est alimentée en carburant par l'intermédiaire d'un injecteur de carburant 14 débouchant directement dans la chambre de combustion 12 et qui est doté d'un dispositif d'allumage commandé, notamment une bougie 16, qui est susceptible de permettre le fonctionnement du moteur 10 selon un mode d'allumage commandé. La chambre de combustion 12 est alimentée en air par l'intermédiaire d'un conduit 18 d'admission d'air débouchant dans 5 la chambre de combustion 12 par l'intermédiaire d'un siège 20 d'une soupape 22 d'admission commandée. La chambre de combustion 12 est susceptible d'évacuer des gaz d'échappement par l'intermédiaire d'au moins une soupape 24 d'échappement commandée dont un siège 26 io communique avec un conduit d'échappement 28. Par soupape commandée, on entendra que les soupapes 22, 24 sont des soupapes dont les levées peuvent être commandées à volonté par une électronique appropriée, par exemple des soupapes à commande électromagnétique. Un 15 moteur 10 équipé de telles soupapes est dit moteur "camless"; Conformément à l'invention, un tel moteur est susceptible d'être commandé selon un procédé comportant au moins une première étape dite "d'allumage commandé" au cours de laquelle le dispositif 16 d'allumage est commandé pour provoquer la 20 combustion du mélange d'air et de carburant. Cette première étape étant largement connue de l'état de la technique, elle ne sera pas décrite de manière plus explicite dans la suite de la présente description. Par ailleurs, le moteur thermique 10 comporte de manière 25 connue un dispositif 30 d'injection d'air dans la chambre de combustion, réalisée par la soupape d'échappement 24. Le dispositif 30 sera décrit plus en détail dans la suite de la présente description. Conformément à l'invention, le procédé selon l'invention 30 comporte au moins une deuxième étape "IAEl" dite "d'allumage par compression" au cours de laquelle, pour chaque ouverture de la soupape 24 d'échappement associée à une phase d'échappement de la chambre 12 de combustion, le dispositif 30 6 d'injection d'air est commandé pour effectuer une injection "IA" d'air sous pression dans la chambre 12 de combustion au travers du siège 26 de la soupape 24 d'échappement, pour qu'ultérieurement la seule compression du mélange d'air et de carburant provoque la combustion dudit mélange. Au cours de cette deuxième étape "IAEl", qui a été représenté plus particulièrement à la figure 1, le procédé de commande du moteur 10 détermine au cours de chaque cycle une unique ouverture "0E" de la soupape 24 d'échappement et une io unique fermeture "FE" de la soupape 24 échappement correspondant aux ouverture et fermeture de la soupape 24 d'échappement associées à un cycle de fonctionnement de moteur à quatre temps. Ainsi, au cours de cette deuxième étape "IAEl", l'injection 15 d'air sous pression "IA" est réalisée sensiblement au cours du cycle de fonctionnement du moteur entre les points "0E" d'ouverture de la soupape 24 d'échappement et "FE" de fermeture de la soupape 24 d'échappement, et de préférence pendant toute la durée d'ouverture de la soupape 24. 20 En effet, le dispositif 30 d'injection d'air est plus particulièrement destiné à permettre le fonctionnement du moteur 10 selon un mode d'auto-allumage par compression. A cet effet, comme l'illustrent la figure 3, le dispositif 30 d'injection d'air comporte un moyen 32 d'injection d'air sous 25 pression dans le conduit 28 d'échappement. Ce moyen 32 d'injection d'air sous pression est par exemple constitué par un injecteur 32 qui est agencé dans le conduit d'échappement 28 à proximité du siège 26 de la soupape d'échappement 24. Par exemple, le dispositif 30 d'injection d'air comporte un 30 moyen 34 de commande du moyen 32 d'injection d'air qui est susceptible de commander son activation selon différentes configurations. Ce moyen 34 est directement commandé par le procédé faisant l'objet de l'invention. 7 Ainsi, le moyen 34 de commande du dispositif 30 d'injection d'air est susceptible, au cours de la deuxième étape "IAEl" du procédé, de permettre l'injection d'air "IA" sous pression par le moyen 32 d'injection d'air dans la chambre de combustion au travers du siège 26 de la soupape 24 d'échappement au cours d'une phase d'échappement de la chambre de combustion 12. Conformément à l'invention, le procédé selon l'invention comporte aussi une troisième étape "IAE2" dite "d'allumage par io compression" au cours de laquelle : - pour chaque ouverture "OE1" de la soupape 24 d'échappement associée à une phase d'échappement de la chambre 12 de combustion, le dispositif 30 d'injection d'air est commandé pour provoquer une injection "IA" d'air sous pression 15 dans la chambre 12 de combustion au travers du siège 26 de la soupape 24 d'échappement, et - entre chaque ouverture de la soupape d'admission "OA" et chaque fermeture "FA" de la soupape d'admission associées à une phase d'admission de la chambre 12 de combustion, la 20 soupape d'échappement 24 est commandée en ouverture "0E2" et le dispositif 30 d'injection d'air est commandé pour provoquer une injection "IA" d'air sous pression dans la chambre 12 de combustion au travers du siège 26 de la soupape 24 d'échappement. 25 Ainsi, comme l'illustre la figure 2, au cours de la troisième étape "IAE2" du procédé, l'injection d'air "IA" sous pression n'est plus réalisée seulement lors de l'ouverture de la soupape 24 échappement associée aux cycle de fonctionnement conventionnel d'un moteur à quatre temps, mais aussi au cours 30 d'une ouverture supplémentaire "0E2" qui est provoquée pendant la phase d'admission du moteur. Ainsi, pour chaque cycle, entre l'ouverture "OA" et la fermeture "FA" de la soupape d'admission 22, intervient une deuxième ouverture "0E2" et une deuxième 8 fermeture "OF2" de la soupape 24 échappement qui est spécialement destinée à permettre l'injection "IA" d'air sous pression. Cette configuration permet aussi que la seule compression du mélange d'air et de carburant provoque la combustion dudit mélange. A cet effet, il sera donc compris que le moyen 34 de commande du dispositif 32 d'injection d'air est également susceptible de commander de surcroît simultanément une io ouverture supplémentaire de la soupape 24 échappement lors d'une phase d'admission de la chambre de combustion 12, et simultanément l'injection d'air sous pression dans la chambre de combustion 12 par le moyen 32 d'injection d'air au travers du siège 26 de la soupape 24 lors de ladite phase d'admission. 15 Au cours de la deuxième étape "IAEl" comme au cours de la troisième étape "IAE2" du procédé, le dispositif 30 d'injection d'air est commandé sous une pression d'injection déterminée qui est supérieure à une pression de gaz d'échappement régnant dans la chambre 12 de combustion. Cette configuration permet 20 notamment de permettre l'injection d'air "IA" dans la chambre de combustion à l'encontre de la pression des gaz d'échappement qui est maximal lors de la phase d'échappement du cycle de fonctionnement du moteur. De ce fait, le moyen 32 d'injection d'air étant destiné à 25 injecter de l'air dans la chambre de combustion 12 au moins au cours d'une phase d'échappement dans la chambre de combustion 12, il sera compris que ledit moyen 32 d'injection d'air débite de l'air soumis à une pression d'injection déterminée qui est supérieure à une pression des gaz d'échappement régnant dans 30 la chambre de combustion. Les deuxième étape "IAEl" et troisième étape "IAE2" du procédé ne sont pas simultanées. Leur mise en place est 9 déterminée par les conditions de fonctionnement auxquelles est soumis le moteur. Ainsi, la deuxième étape "IAEl" du procédé est mise en oeuvre seulement lorsque le moteur 10 fonctionne à faible régime et à charge réduite. En alternative, la troisième étape "IAE2" du procédé sera mise en oeuvre seulement lorsque le moteur 10 fonctionne à haut régime et à charge élevée. Le moyen 34 de commande du moyen 32 d'injection d'air io est donc susceptible de déterminer son fonctionnement selon deux configurations particulières, à savoir d'une part à faible régime et à charge réduite du moteur, et d'autre part à haut régime et à charge élevée du moteur. Ainsi, lorsque le moteur 10 fonctionne à faible régime et à 15 charge réduite, le moyen 34 de commande du dispositif 30 d'injection d'air détermine le fonctionnement du moyen 32 d'injection d'air sous pression seulement en phase d'échappement de la chambre de combustion. Cette configuration permet de modifier sensiblement 20 l'apport thermique fourni à la chambre de combustion et permet donc plus facilement une auto-inflammation du mélange carburé qui y est introduit, pour permettre de fonctionnement du moteur selon un mode d'allumage par compression. D'une manière analogue, lorsque le moteur 10 fonctionne à 25 haut régime et à charge élevée, le moyen 34 de commande du dispositif 30 d'injection d'air détermine le fonctionnement du moyen 32 d'injection d'air sous pression en phase d'échappement, profitant alors de l'ouverture normale de la soupape 24 d'échappement, mais aussi en phase d'admission en provoquant 30 une ouverture supplémentaire de la soupape 24 d'échappement, conjointement à l'ouverture de la soupape 22 d'admission. Cette configuration permet de remédier au déficit d'admission d'air pénétrant dans la chambre 12 de combustion du i0 fait de la durée réduite de levée de la soupape d'admission 22, pour permettre de fonctionnement du moteur selon le mode d'allumage par compression. Plusieurs modes de réalisation peuvent être mis en oeuvre pour l'obtention d'un dispositif 30 d'injection d'air susceptible de mettre en oeuvre le procédé. Par exemple, comme l'illustre la figure 1, le dispositif 30 d'injection d'air peut comporter un compresseur 36 mécanique qui est interposé dans le conduit d'admission 18, et le moyen 32 d'injection d'air est alimenté en air io sous pression par l'intermédiaire d'un conduit 38 de dérivation qui est raccordé au conduit d'admission 18 en aval du compresseur 36. Dans cette configuration, le moyen 34 de commande du dispositif d'injection d'air est constitué d'une vanne 34 qui est susceptible d'obturer sélectivement le conduit 38 de dérivation en 15 amont du moyen 32 d'injection d'air. En variante du procédé, chaque deuxième ou troisième étape "d'allumage par compression" "IAE2, IAE3" peut être aussi comprendre l'activation d'un dispositif d'injection de carburant associé au dispositif 30 d'injection d'air sous pression, qui est mis 20 en oeuvre de manière synchronisée avec le dispositif 30 d'injection d'air, pour permettre un remplissage optimal de la chambre 12 de combustion en mélange carburé. A cet effet, le dispositif 32 d'injection d'air pourra donc comporter de surcroît un moyen (non représenté) d'injection de 25 carburant qui sera synchronisé avec le moyen 32 d'injection d'air. L'invention permet donc de proposer un procédé de commande innovant d'un moteur 10thermique lui permettant de fonctionner selon un mode de fonctionnement à allumage commandé conventionnel ou selon un mode de fonctionnement à 30 allumage par compression. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un moteur (10) thermique de véhicule automobile comportant au moins une chambre (12) de combustion, qui est alimentée en carburant par l'intermédiaire d'un injecteur (14) de carburant débouchant directement dans la chambre (12) de combustion, qui est dotée d'un dispositif (16) d'allumage commandé, qui est alimentée en air par l'intermédiaire d'un conduit (18) d'admission d'air débouchant dans la chambre (12) de combustion par l'intermédiaire d'un siège (20) d'une io soupape (22) d'admission commandée, et qui est susceptible d'évacuer des gaz d'échappement résultant de la combustion d'un mélange d'air et de carburant par l'intermédiaire d'au moins une soupape (24) d'échappement commandée dont un siège (26) communique avec un conduit (28) d'échappement, ledit moteur 15 (10) comportant par ailleurs un dispositif (30) d'injection d'air dans la chambre (12) de combustion agencé dans le conduit d'échappement à proximité de la soupape d'échappement, ledit procédé comportant au moins une première étape dite "d'allumage commandé" au cours de laquelle le dispositif (16) 20 d'allumage est commandé pour provoquer la combustion du mélange d'air et de carburant, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une deuxième étape (IAE1) dite "d'allumage par compression" au cours de laquelle, pour chaque ouverture (0E, FE) de la soupape (24) 25 d'échappement associée à une phase d'échappement de la chambre (12) de combustion, le dispositif (30) d'injection d'air est commandé pour provoquer une injection (IA) d'air sous pression dans la chambre (12) de combustion au travers du siège (26) de la soupape (24) d'échappement, pour que la seule compression 30 du mélange d'air et de carburant provoque la combustion dudit mélange. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte une troisième étape (IAE2) dite "d'allumage par compression" au cours de laquelle : pour chaque ouverture (OE1, FE1) de la soupape (24) d'échappement associée à une phase d'échappement de la chambre (12) de combustion, le dispositif (30) d'injection d'air est commandé pour provoquer une injection (IA) d'air sous pression dans la chambre (12) de combustion au travers du siège (26) de la soupape (24) d'échappement, et pour chaque ouverture (OA, FA) de la soupape d'admission (22) associée à une phase d'admission de la chambre (12) de combustion, la soupape d'échappement (24) est commandée en ouverture (0E2, FE2) et le dispositif (30) d'injection d'air est commandé pour provoquer une injection (IA) d'air sous pression dans la chambre (12) de combustion au travers du siège (26) de la soupape (24) d'échappement, pour que la seule compression du mélange d'air et de carburant provoque la combustion dudit mélange. 3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, au cours de chaque deuxième ou troisième étape (IAE1, IAE2) "d'allumage par compression", le dispositif (30) d'injection d'air est commandé sous une pression d'injection déterminée qui est supérieure à une pression de gaz d'échappement régnant dans la chambre (12) de combustion. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la deuxième étape (IAE1) du procédé est mise en oeuvre seulement lorsque le moteur (10) fonctionne à faible régime et à charge réduite. 5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la troisième étape (IAE2) du procédé est mise en oeuvre seulement lorsque le moteur (10) fonctionne à haut régime et à charge élevée. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que, au cours de chaque étape (IAE1, IAE2) "d'allumage par compression" un dispositif d'injection de carburant associé au dispositif (30) d'injection d'air sous pression est mis en oeuvre de manière synchronisée avec le dispositif (30) d'injection d'air.