Brevet FR2924470A1 — publié le 20090605

Moteur multicarburant à combustion interne et procédé de régulation de la suralimentation en gaz d'échappement recirculés d'un tel moteur La présente invention concerne les moteurs multicarburant pouvant être alimenté aussi bien avec un carburant standard, tel que l'essence, qu'avec un carburant enrichi en oxygène tel que l'éthanol. Lors du fonctionnement d'un moteur classique de véhicule automobile avec un 10 carburant essence, le carburant est compressé dans la chambre de combustion avec un taux de compression voisin de 9. On désigne par taux de compression, le rapport du volume de la chambre de combustion du moteur, lorsque le piston est au point mort bas, sur le volume de 15 la chambre de combustion du moteur, lorsque le piston est au point mort haut. Le taux de compression modifie le comportement du moteur. Si on utilisait de l'éthanol, pour un moteur paramétré pour fonctionner avec de l'essence, les performances du moteur seraient médiocres. C'est pourquoi, il est courant 20 d'augmenter le taux de compression du moteur aux alentours de 11 avec de l'éthanol, afin d'obtenir des performances équivalentes au fonctionnement avec de l'essence. Cependant, le fonctionnement du moteur à un taux de compression de 11 avec de 25 l'essence est déconseillé. La limite cliquetis du moteur est déplacée ce qui entraîne des pics de chaleur dans les cylindres du moteur ainsi qu'une augmentation du risque de dégradation des éléments du moteur. On connaît des moteurs multicarburant prévus pour fonctionner avec différents 30 carburants à consommer à des taux de compression différents, tels que par exemple l'essence et l'éthanol ou un mélange de ceux-ci. Ces moteurs font l'objet d'un compromis : soit ils présentent un taux de compression adapté au premier carburant et fonctionnent alors en mode dégradé lorsqu'il est question de consommer le deuxième carburant ; soit ils présentent un taux de compression 35 adapté au deuxième carburant et fonctionnent alors en mode dégradé lorsqu'il est question de consommer le premier carburant. Afin de remédier à certains de ces inconvénients, la demanderesse propose un moteur multicarburant à combustion interne agencé pour consommer un premier carburant, adapté pour être consommé à un premier taux de compression, et un deuxième carburant, adapté pour être consommé à un deuxième taux de compression supérieur au premier taux de compression, le moteur comportant un dispositif de recirculation de gaz d'échappement, caractérisé par le fait que le moteur est configuré pour fonctionner avec le deuxième taux de compression le plus élevé, le dispositif de recirculation de gaz d'échappement étant activé lorsque le moteur consomme le premier carburant. Le moteur peut ainsi fonctionner indifféremment avec l'un ou l'autre des carburants dans des conditions optimales dans la mesure où la recirculation des gaz d'échappement permet de consommer le premier carburant à un taux de compression supérieur. Les deux carburants sont ainsi consommés à un taux de compression élevé, l'un (le deuxième) tel quel et l'autre (le premier) additionné de gaz recirculés. La recirculation des gaz d'échappement peut également être activée lorsque le moteur consomme le deuxième carburant. De plus, la recirculation des gaz d'échappement permet de limiter l'émission de 20 dioxydes d'azote (NOX), ce qui permet de contribuer à la protection de l'environnement. Par ailleurs, l'augmentation du taux de compression a pour effet de diminuer la consommation de carburant. 25 De préférence, le moteur est agencé pour consommer un mélange de carburants à consommer à au moins deux taux de compression différents, dans lequel le taux de recirculation du dispositif de recirculation de gaz d'échappement est une fonction décroissante de la quantité relative, dans le mélange, du carburant à 30 consommer au taux le plus élevé. Selon une autre caractéristique de l'invention, le moteur comprend un système de régulation des gaz recirculés agencé pour réguler le taux de recirculation. 35 Le cas échéant, le système de régulation comprend un module d'identification du carburant ou du mélange carburant à consommer. De préférence, le dispositif de recirculation de gaz d'échappement recirculés comprend une conduite d'échappement située en aval du moteur, une conduite d'alimentation située en amont du moteur et une conduite de recirculation reliant la conduite d'échappement à la conduite d'alimentation, une vanne de recirculation étant disposée dans la conduite de recirculation. De préférence encore, le système de régulation comprend un module d'estimation de recirculation agencé pour mesurer la quantité de gaz recirculés dans la conduite de recirculation lors de l'ouverture de la vanne de recirculation. De préférence toujours, le système de régulation comprend un module de commande de la vanne de recirculation. L'invention concerne également un procédé de régulation de la suralimentation 15 en gaz d'échappement recirculés d'un moteur multicarburant à combustion interne, agencé pour consommer un premier carburant, adapté pour être consommé à un premier taux de compression, et un deuxième carburant, adapté pour être consommé avec un deuxième taux de compression supérieur au taux de compression, le moteur étant configuré pour fonctionner avec le deuxième taux 20 de compression le plus élevé, procédé dans lequel: on mesure la fraction de deuxième carburant dans un mélange carburant comprenant lesdits premier et deuxième carburant; on calcule un volume de référence de gaz recirculés en fonction de ladite fraction de carburant; 25 on mesure un volume efficace de gaz recirculés dans les gaz d'admission du moteur; et on régule le volume efficace de gaz recirculés dans les gaz d'admission afin qu'il soit égal au volume de référence de gaz recirculés calculé. 30 D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit du système de l'invention. La figure unique représente le système d'alimentation en gaz d'admission d'un moteur multicarburant à combustion interne selon l'invention avec un dispositif 35 d'alimentation en carburant standard et un dispositif d'alimentation en carburant oxygéné.10 En référence à la figure unique, un moteur multicarburant à combustion interne 1 de véhicule automobile est alimenté en gaz d'admission 40 par une conduite d'alimentation 100. Le moteur 1 comprend un dispositif de recirculation de gaz d'échappement comportant une conduite d'échappement située en aval du moteur et une conduite de recirculation reliant la conduite d'échappement à la conduite d'alimentation. Une fois les gaz d'admission 40 brûlé dans le moteur 1, des gaz d'échappement sont expulsés du moteur 1 via la conduite d'échappement 200, une fraction des gaz d'échappement étant déviée dans la conduite de recirculation 300 reliant la partie amont de la conduite d'échappement 200 à la partie aval de la conduite d'alimentation 100. On définit les termes aval et amont en fonction du sens des écoulements, les gaz se déplaçant de l'amont vers l'aval dans une conduite. La conduite d'alimentation 100 comprend une entrée en carburant, une entrée en gaz recirculés, via la conduite de recirculation 300, et une entrée en air frais 41 fournissant l'oxygène nécessaire à la combustion dans le moteur 1. Une vanne de recirculation 310, disposée dans la conduite de :recirculation 300, est ici agencée pour réguler la fraction des gaz d'échappement injectée dans la conduite de recirculation 300. Une telle vanne 310 est bien connue de l'homme du métier sous sa dénomination anglaise vanne EGR. Les gaz d'admission 40 sont ainsi composés de carburant, d'air frais et de gaz d'échappement recirculés. Le carburant se présente sous la forme d'un mélange carburant 30 composé d'un premier carburant standard 12, ici de l'essence adapté pour être consommé à un premier taux de compression de 9, et d'un deuxième carburant oxygéné 22, ici de l'éthanol adapté pour être consommé à un deuxième taux de compression de 11. Les deux carburants 12, 22 sont stockés respectivement dans un réservoir d'essence 11 et un réservoir d'éthanol 21, un dispositif d'admission en essence 20 et un dispositif d'admission en éthanol 10 permettant respectivement de prélever les carburants 22, 12 dans les réservoirs 21, 11 afin de former le mélange carburant 30. Le moteur est configuré pour fonctionner avec le taux de compression le plus élevé, c'est-à-dire avec celui de l'éthanol. Un système de régulation embarqué 50, commandé par une carte de circuit imprimé programmée 25, comprend des modules permettant de réguler la fraction des gaz recirculés dans les gaz d'admission 40 en fonction de la composition du mélange carburant 30. Le système de régulation embarqué 50 comprend un module 35 d'identification du carburant ou du mélange carburant (30) à consommer. Il s'agit dans le présent exemple d'un module d'estimation du taux d'éthanol 22 dans le mélange carburant 30. Le module d'estimation d'éthanol 35, relié à la carte de circuit imprimé programmée 25, permet de mesurer, via des capteurs., la proportion en volume d'éthanol 22 dans le mélange carburant 30. Il va de soi que la proportion d'éthanol 22 peut être également connue par les dispositifs d'admission 10, 20 lors de l'admission des carburants, chaque dispositif 10, 20 transmettant au système de régulation embarqué 50 les volumes de carburant prélevés dans chacun des réservoirs 11, 21. Le système de régulation embarqué 50 comprend également un module d'estimation du taux de recirculation 305, le taux de recirculation correspondant au rapport du volume effectif de gaz recirculés dans la conduite par rapport au volume maximal de gaz pouvant être recirculés dans la conduite. Le module d'estimation du taux de recirculation 305, relié à la carte de circuit imprimé programmée 25, permet de mesurer, via des capteurs, le volume effectif de gaz d'échappement recirculés dans la conduite de recirculation 300, lesdits gaz recirculés venant s'ajouter à l'air frais et au mélange carburant 30 pour former les gaz d'admission 40. Le système de régulation embarqué 50 comprend, en outre, un module 315 de commande de la vanne EGR de recirculation 310. Le module de commande 315, relié à la carte de circuit imprimé programmée 25, permet de réguler la fraction des gaz d'échappement dans la conduite de recirculation 300 en commandant le degré d'ouverture de la vanne de recirculation 310. Le système de régulation embarqué 50 reçoit des informations de conduite via un module 5 d'analyse des conditions moteur. Lors de la conduite, le moteur 1 est différemment sollicité selon les commandes du conducteur, la charge du véhicule ou le relief de la route. Ces informations de conduite évoluent au cours du temps et sont transmises, en temps réel, au module d'analyse des conditions moteur 5, ce qui permet de réguler l'alimentation et le fonctionnement du moteur 1. Plus particulièrement, les informations de conduite modifient la fraction 5 d'essence dans le mélange carburant 30, le carburant essence étant utilisé, plus favorablement, lors d'un fonctionnement du moteur à forte charge. Exemple de mise en oeuvre de l'invention 10 L'invention sera encore mieux comprise à l'aide de l'exemple suivant de mise en oeuvre de l'invention. Le moteur 1 est ici configuré pour fonctionner avec un taux de compression de 11, c'est-à-dire celui d'un carburant avec un fort taux d'éthanol. 15 Dans cet exemple de mise en oeuvre, le moteur 1 est alimenté avec un mélange carburant 30 avec un fort taux d'éthanol 22, ce taux étant mesuré par le module d'estimation d'éthanol 35. La mesure du taux d'éthanol est transmise au système de régulation embarqué 50 qui calcule un volume de référence Vref de gaz 20 d'échappement recirculés en fonction de ladite valeur d'éthanol. Plus le mélange carburant 30 est oxygéné, plus le volume de référence Vref de gaz recirculés dans les gaz d'admission 40 est faible. 25 Le module d'estimation du taux de recirculation 305 mesure le volume effectif Veff de gaz recirculés 22 dans la conduite de recirculation 300. Le volume effectif Veff est ensuite comparé au volume de référence Vref. Si la valeur de Veff est inférieure à la valeur de Vref, le système de régulation 30 embarqué 50 envoie un ordre au module 315 de commande de la vanne de recirculation 310 pour augmenter le degré d'ouverture de la vanne et ainsi augmenter le volume effectif de gaz recirculés Veff dans la conduite de recirculation 300. 35 Inversement, si la valeur de Veff est supérieure à la valeur de Vref, le système de régulation embarqué 50 envoie un ordre au module 315 de commande de la vanne de recirculation 310 pour diminuer le degré d'ouverture de la vanne et ainsi diminuer le volume effectif de gaz recirculés Veff dans la conduite de recirculation 300. Le système 50 permet ainsi de réguler en temps réel le taux de recirculation du 5 moteur. En fonction des informations de conduite reçues par le module 5 d'analyse des conditions moteurs, la valeur du volume de référence Vref est modifié. Ainsi lorsque le moteur 1 fonctionne à forte charge, le fraction (l'essence dans le 10 mélange carburant 30 augmente, entraînant une augmentation de la suralimentation en air. Dans le cas d'un mélange de plusieurs carburants adaptés pour être consommés à des taux différents, le moteur est configuré pour fonctionner avec le carburant 15 ayant le taux le plus élevé. On régule le taux de recirculation des gaz recirculés en fonction de la quantité relative dudit carburant, ayant le taux le plus élevé, dans le mélange de plusieurs carburants. 20 Revendications 1. Moteur multicarburant (1) à combustion interne agencé pour consommer un premier carburant (C 1), adapté pour être consommé à un premier taux de compression (Tl), et un deuxième carburant (C2), adapté pour être consommé à un deuxième taux de compression (T2) supérieur au premier taux de compression (Ti), le moteur comportant un dispositif de recirculation de gaz d'échappement, caractérisé par le fait que le moteur (1) est configuré pour fonctionner avec le deuxième taux de compression (T2) le plus élevé, le dispositif de recirculation de gaz d'échappement étant activé lorsque le moteur consomme le premier carburant (Cl). 2. Moteur selon la revendication 1 agencé pour consommer un mélange (30) de carburants à consommer à au moins deux taux de compression différents, dans lequel le taux de recirculation du dispositif de recirculation de gaz d'échappement est une fonction décroissante de la quantité relative dans le mélange (30) du carburant à consommer au taux le plus élevé. 3. Moteur selon l'une des revendication 1 à 2, dans lequel un système de 20 régulation des gaz recirculés (50) est agencé pour réguler le taux de recirculation. 4. Moteur selon la revendication 3, dans lequel le système de régulation (50) comprend un module (35) d'identification du carburant ou du mélange carburant (30) à consommer. 25 5. Moteur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif de recirculation de gaz d'échappement recirculés comprend une conduite d'échappement (200) située en aval du moteur (1), une conduite d'alimentation (100) située en amont du moteur (1) et une conduite de recirculation (300) reliant 30 la conduite d'échappement (200) à la conduite d'alimentation (100), une vanne de recirculation (310) étant disposée dans la conduite de recirculation (300). 6. Moteur selon la revendication 5, dans lequel le système de régulation (50) comprend un module d'estimation du taux de recirculation (305) agencé pour 35 mesurer la quantité de gaz recirculés dans la conduite de recirculation (300) lors de l'ouverture de la vanne de recirculation (310). 7. Moteur selon l'une des revendications 5 à 6, dans lequel le système de régulation (50) comprend un module de commande de la vanne de recirculation (310). 8. Procédé de régulation de la suralimentation en gaz d'échappement recirculés d'un moteur multicarburant (1) à combustion interne, agencé pour consommer un premier carburant (Cl), adapté pour être consommé à un premier taux de compression (Ti), et un deuxième carburant (C2), adapté pour être consommé avec un deuxième taux de compression (T2) supérieur au taux de compression (Tl), le moteur (1) étant configuré pour fonctionner avec le deuxième taux de compression (T2) le plus élevé, procédé dans lequel: on mesure la fraction de deuxième carburant (C2) clans un mélange carburant (30) comprenant lesdits premier et deuxième carburants (Cl, C2); on calcule un volume de référence (Vref) de gaz recirculés en fonction de ladite fraction de carburant (C2); on mesure un volume efficace (Veff) de gaz recirculés dans les gaz d'admission (40) du moteur (1); et - on régule le volume efficace (Veff) de gaz recirculés dans les gaz 20 d'admission (40) afin qu'il soit égal au volume de référence (Vref) de gaz recirculés calculé.