Brevet FR2923265A1 — publié le 20090508

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne comportant un segment de guidage d'air d'alimentation pour assurer l'alimentation en air d'un cylindre ainsi qu'un segment d'évacuation des gaz d'échappement pour évacuer les gaz d'échappement du cylindre. L'invention concerne également une commande de moteur pour gérer un moteur à combustion interne comportant un segment d'alimentation en air pour fournir de l'air et un segment d'évacuation des gaz d'échappement pour évacuer les gaz d'échappement. Etat de la technique Dans les moteurs à combustion interne actuels, on brûle un mélange air/carburant dans les cylindres et on évacue les gaz d'échappement par une tubulure de gaz d'échappement. La quantité d'air fournie aux cylindres résulte de l'effet d'aspiration exercé par les pistons des cylindres pour une vitesse de rotation déterminée et de la position d'un volet d'étranglement installé dans le segment d'admission du moteur à combustion interne. Dans le cas de véhicules équipés d'une suralimentation, on peut également influencer la quantité d'air en modifiant la suralimentation, on définit la quantité d'air fournie en fonction du couple souhaité par le conducteur qui le prédéfinit, et en tenant compte du mélange souhaité (de manière caractéristique un coefficient Lambda=1 pour gérer le moteur de manière optimale vis-à-vis de l'émission des gaz d'échappement). De façon correspondante, on règle un organe de réglage de quantité d'air c'est-à-dire le volet d'étranglement et/ ou la suralimentation ce qui se traduit par une quantité réelle d'air dans les cylindres. Le mélange souhaité détermine alors la quantité de carburant à injecter. En fonction de la température des gaz d'échappement expulsés des chambres de combustion, certains composants du segment d'évacuation des gaz d'échappement tels que les coudes, le catalyseur et le turbocompresseur sont exposés à des contraintes thermiques. En particulier, pour une charge élevée appliquée au moteur, la température des gaz d'échappement est tellement élevée que les éléments installés dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement risquent d'être endommagés dans la mesure où on ne prévoit pas de moyens pour refroidir les gaz d'échappement ou les éléments installés dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement. Une possibilité pour réduire la température dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, consiste à enrichir le mélange air/carburant c'est-à-dire d'augmenter le rapport entre la quantité de carburant à injecter et la quantité d'air de remplissage. Cela permet de refroidir les gaz d'échappement par l'injection supplémentaire de carburant, par exemple par du carburant fourni à basse température ou encore par l'énergie de vaporisation absorbée. Mais l'inconvénient est une augmentation de la consommation de carburant entraînant un coût de fonctionnement supplémentaire. De plus, du carburant imbrûlé ou des matières polluantes telles que CO et des hydrocarbures HC s'échappent ainsi dans l'environnement. Comme par l'enrichissement du mélange air/carburant pour une charge d'air restant constante, le couple fourni augmente jusqu'à À d'environ 0,9, il est nécessaire de prévoir une adaptation spéciale d'un ou plusieurs organes de réglage des quantités d'air et des quantités de carburant à injecter pour pouvoir assurer les moyens ci-dessus de réduction de la température des gaz d'échappement d'une manière si possible neutre vis-à-vis du couple. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne permettant de protéger les composants installés dans le segment des gaz d'échappement du moteur à combustion interne contre des contraintes thermiques excessives et permettant aussi de ne pas augmenter la quantité significativement de matières polluantes émises telles que CO et les hydrocarbures HC par rapport aux valeurs correspondantes en fonctionnement normal du moteur et de diminuer la consommation de carburant par rapport à celle résultant de la mise en oeuvre d'une protection usuelle des pièces. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que en fonction de l'état du segment d'évacuation des gaz d'échappement, on augmente la quantité d'air conduite dans ce segment. Selon un aspect de l'invention il est ainsi proposé un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne équipé d'un segment d'alimentation en air pour fournir de l'air et d'un segment d'évacuation des gaz d'échappement pour évacuer les gaz d'échappement, conformément auquel on augmente la quantité d'air conduite à travers le segment d'évacuation des gaz d'échappement selon l'état de ce segment d'évacuation des gaz d'échappement. Le procédé selon l'invention prévoit ainsi d'augmenter la quantité d'air passant dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement et de refroidir les composants qui se trouvent dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement par de l'air supplémentaire dont la température correspond à une température ambiante pour le moteur à combustion interne c'est-à-dire une température plus basse que la température des gaz d'échappement. Suivant une autre caractéristique en fonction de l'état du segment d'évacuation des gaz d'échappement est la température des gaz d'échappement et/ou la température d'un ou plusieurs composant(s) du segment d'évacuation des gaz d'échappement. Suivant une autre caractéristique en fonction de l'état du segment d'évacuation des gaz d'échappement, on augmente le rapport air/carburant pour un couple restant constant en augmentant la quantité d'air fournie au segment d'alimentation en air pour augmenter la quantité d'air transportée à travers le cylindre. Cela permet d'augmenter la quantité d'air passant dans le cylindre par rapport à la quantité d'air correspondant au fonctionnement normal du moteur à combustion interne dans la plage prédéterminée des vitesses de rotation ou des couples de charge. Grâce à l'air supplémentaire dont la température correspond à la température ambiante du moteur à combustion interne, c'est-à-dire une température plus fraîche que celle des gaz d'échappement, on peut refroidir un composant qui se trouve dans un segment d'évacuation des gaz d'échappement. Grâce à la quantité d'air supplémentaire, le moteur à combustion interne fonctionne dans un mode de fonctionnement À La figure 1 montre schématiquement un moteur à combustion interne 1 ayant un cylindre 2 fonctionnant de manière commandée par une commande de moteur 3 selon le principe du moteur à quatre temps. Dans un but de simplification, un seul cylindre 2 du moteur à combustion interne 1 a été représenté, mais le moteur à combustion interne 1 peut comporter un nombre quelconque de cylindres 2. Le dispositif de commande de moteur 3, permet d'injecter du carburant dans la chambre de combustion 4 du cylindre 2, par l'intermédiaire d'un injecteur 5 et de l'air à travers une soupape d'admission 6 pour permettre ensuite par exemple à l'aide d'une bougie d'allumage 7, de déclencher l'opération de combustion. Le procédé décrit ci-après peut également s'appliquer à des moteurs à allumage non commandé et dans ce cas il n'y aura pas de bougie d'allumage 7. Le mouvement de translation du piston 8 dans le cylindre 2 produit l'aspiration de l'air à travers la tubulure d'admission 9 lorsque la soupape d'admission 6 est ouverte. La tubulure d'admission 9 comporte un volet d'étranglement 10 pour commander la masse d'air arrivant dans le cylindre 2. La position du volet d'étranglement est définie par le dispositif de commande de moteur 3. Les gaz d'échappement engendrés par l'opération de combustion sont expulsés dans le cylindre 2 au cours de la course consécutive du piston 8 par la soupape d'échappement 11 pour arriver dans un segment d'évacuation des gaz d'échappement 12 du moteur à combustion interne 1. Le segment d'évacuation des gaz d'échappement 12 du moteur est par exemple équipé d'un catalyseur 13 pour convertir les produits polluants pour l'environnement en des produits moins polluants. Le fonctionnement du moteur à combustion interne 1 est en général commandé par le dispositif de commande de moteur 3 pour que le moteur à combustion interne 1 fonctionne de façon aussi optimale que possible vis-à-vis des gaz d'échappement ; en d'autres termes, le dispositif de commande ou gestion du moteur détermine la quantité de carburant à injecter dans le cylindre 2 en fonction de la masse d'air y arrivant pour obtenir un équilibre stoechiométrique ce qui correspond à la valeur À=1. Dans le cas de l'équilibre stoechiométrique, pour de l'essence, la masse d'air dans la chambre de combustion du cylindre 2 représente environ 14,7 fois la masse de carburant injectée. Si la quantité de carburant augmente par rapport à cette valeur vis-à- vis de la masse d'air dans la chambre de combustion 4, on dit que le mélange air/carburant est riche (rapport air/carburant) et le coefficient À est inférieur à 1. Si vis-à-vis de l'équilibre stoechiométrique, on augmente la masse d'air par rapport à la masse de carburant injectée dans la chambre de combustion 4, on dit que le mélange air/ carburant est maigre (rapport air/carburant) dans la chambre de combustion 4 et le coefficient À a une valeur supérieure à 1. Sous une charge élevée, la quantité de carburant injectée est grande et la température des gaz d'échappement qui arrive dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement 12 du moteur à combustion interne 1 est également élevée de façon correspondante notamment par comparaison avec un mode de fonctionnement du moteur à combustion interne pour une charge plus faible ou au ralenti. La forte température des gaz d'échappement se répercute de manière négative sur la durée de vie des composants installés dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement 12 du moteur à combustion interne 1, tels que par exemple les coudes, le catalyseur 13 ou des moyens analogues ; ces éléments peuvent le cas échéant être endommagés. Il est de ce fait nécessaire de veiller à ce que la température des gaz d'échappement ne dépasse pas une valeur déterminée ou ne la dépasse que brièvement pour ne pas réduire la durée de vie des composants situés dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement 12. Selon l'invention, il est prévu pour cela que la commande du moteur à combustion interne 1 soit effectuée pour que les gaz d'échappement expulsés de la chambre de combustion 4 soient refroidis grâce à un moyen supplémentaire si la température des gaz d'échappement risque d'être trop élevée pour un mode de fonctionnement normal du moteur (par exemple pour À=1). Le dispositif de commande ou de gestion du moteur commande ainsi le moteur à combustion interne 1 pour que la quantité d'air déplacée à travers le cylindre 2 soit augmentée vis-à-vis du mode de fonctionnement normal. Comme l'air est aspiré de l'environnement du moteur à combustion interne 1, cet air est à la température de cet environnement et peut ainsi absorber une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement. On diminue ainsi la température des gaz d'échappement en protégeant par là même, les composants installés dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement 12. La quantité d'air supplémentaire peut arriver par exemple dans la chambre de combustion 4 en augmentant l'ouverture du volet d'étranglement 10 par la commande du dispositif de commande de moteur 3 sans injecter de carburant supplémentaire. Comme on diminue ainsi le coefficient À, le couple d'entraînement fourni par le moteur 1 commence par augmenter puis diminue lorsque l'on poursuit l'appauvrissement. Cette variation du couple d'entraînement peut être compensée par une adaptation appropriée de la quantité de carburant à injecter pour conserver le couple d'entraînement. La quantité d'air fournie au cylindre peut toutefois être augmentée aussi largement, bien que la quantité de carburant soit éventuellement ainsi augmentée, de l'air non nécessaire à la combustion fourni au cylindre 2, mais la quantité de carburant augmentée, nécessaire au maintien du couple d'entrainement doit trouver une quantité d'air correspondante nécessaire à la mise en oeuvre du processus de combustion. La figure 3 montre une courbe caractéristique présentant de façon qualitative, l'évolution du couple d'entraînement fourni par le moteur à combustion interne 1 par rapport au coefficient À représentant le rapport air/carburant pour une quantité d'air restant constante. Le couple d'entraînement rapporté à la quantité de carburant (et ainsi le rendement du moteur) a son maximum pour la plage maigre (pour À Le mode de réalisation de la figure 4 se distingue des modes de réalisation précédents en ce qu'on fait passer de l'air complémentaire servant à refroidir le segment d'évacuation des gaz d'échappement et les composants qui s'y trouvent, non pas à travers le cylindre 2, mais de façon commandée par le dispositif de commande du moteur 3, directement vers le segment d'évacuation des gaz d'échappement. Il est prévu pour cela une alimentation en air 20 communiquant avec le segment d'évacuation des gaz d'échappement 12 et commandé par le dispositif de commande de moteur 3 pour lo introduire de l'air. Cela permet de ne pas détériorer le fonctionnement du moteur par l'appauvrissement du mélange air/carburant. Le dispositif de commande du moteur 3 peut également introduire l'air à l'aide de l'alimentation en air 20 en fonction de la température dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement et 15 notamment maintenir la température dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement dans une plage optimale prédéfinie pour le fonctionnement par exemple du catalyseur 13. Différents aspects du procédé de gestion de moteurs à combustion interne correspondant aux divers modes de réalisation 20 décrits ci- dessus seront évoqués ci-après. La fourniture d'une quantité d'air supplémentaire pour refroidir les gaz d'échappement du moteur à combustion interne 1 est assurée pour certains points de fonctionnement ou certaines plages de fonctionnement du moteur à combustion interne 1 qui dépendent par exemple de la température des 25 gaz d'échappement sortant des cylindres. Pour cela, on évalue les températures des gaz d'échappement selon un modèle de moteur car, en général, il n'est pas prévu de capteur de température dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement 12 du moteur à combustion interne 1. Le modèle servant à déterminer la température 30 des gaz d'échappement tient compte par exemple d'au moins l'une des grandeurs suivantes : vitesse de rotation, charge d'air, coefficient Lambda du mélange air/carburant, quantité de carburant injectée, évolution de la vitesse de rotation ou autres paramètres de ce type. En variante, on peut bien entendu également prévoir un capteur de 35 température dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement 12 pour communiquer la température actuelle des gaz d'échappement au dispositif de commande du moteur 3. En particulier, on peut fournir la quantité d'air supplémentaire si la température des gaz d'échappement dépasse une valeur limite prédéfinie. En fonction de la température des gaz d'échappement évaluée à l'aide du modèle ou détectée, la commande de moteur 3 détermine si de l'air supplémentaire doit être conduit à travers le cylindre 2 et en quelle quantité ou encore si de l'air supplémentaire doit être fournie au segment d'évacuation des gaz d'échappement 12 pour en abaisser la température. Si l'on constate qu'il faut de l'air supplémentaire pour refroidir les gaz d'échappement, la commande de moteur 3 assure en outre que même avec de l'air supplémentaire traversant le cylindre 2, le couple fourni par le moteur 1 reste constant, par exemple en augmentant légèrement la quantité de carburant injectée. Si le refroidissement avec de l'air supplémentaire traversant le cylindre 2 n'est pas possible pour toutes les plages de fonctionnement du moteur à combustion interne 1, on peut également refroidir les gaz d'échappement dans de telles plages de fonctionnement en injectant du carburant supplémentaire au lieu d'augmenter l'alimentation en air pour que la combustion se fasse avec un mélange air/carburant riche. Pour cela, on peut effectuer une commutation entre un premier mode de fonctionnement selon lequel on effectue un refroidissement avec de l'air supplémentaire passant dans le cylindre 2 et un second mode de fonctionnement selon lequel on effectue un refroidissement en injectant plus de carburant, de manière à obtenir l'effet de refroidissement souhaité. En cas de refroidissement avec un supplément de carburant, la chaleur de vaporisation et le fait que le carburant soit à la température ambiante refroidit les gaz d'échappement et assure de cette manière la protection souhaitée pour les composants installés dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement 12. Pour une telle commutation entre le premier mode de fonctionnement c'est-à-dire la protection des composants par une fourniture d'air supplémentaire et le second mode de fonctionnement c'est-à-dire la protection des composants par la fourniture de carburant supplémentaire, il faut néanmoins veiller à ce qu'après que le moteur à combustion interne 1 ait fonctionné selon le premier mode de fonctionnement, l'air alors disponible au niveau du catalyseur permette une combustion dans le catalyseur si du carburant non brûlé y arrive. Cela dégage de la chaleur et augment d'autant la température du catalyseur 13. Lors de la commutation entre le premier mode de fonctionnement et le second mode de fonctionnement, il faut pour cela veiller à ce que la température du catalyseur 13 présente un écart de température AT suffisant par rapport à sa température maximale autorisée. Pour cette raison, on peut prévoir de faire dépendre le point de commutation non seulement des plages de fonctionnement du moteur à combustion interne 1 mais également de la température des différents composants par exemple celle du catalyseur, dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement.20 REVENDICATIONS 1 °) Procédé de gestion d'un moteur à combustion interne (1) comportant un segment de guidage d'air d'alimentation (9) pour assurer l'alimentation en air d'un cylindre (2) ainsi qu'un segment d'évacuation des gaz d'échappement (12) pour évacuer les gaz d'échappement du cylindre (2), caractérisé en ce qu' en fonction de l'état du segment d'évacuation des gaz d'échappement (12), on augmente la quantité d'air conduite dans ce segment. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'état du segment d'évacuation des gaz d'échappement (12) est la température des gaz d'échappement et/ou la température d'un ou plusieurs composant(s) du segment d'évacuation des gaz d'échappement (12). 3°) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu' en fonction de l'état du segment d'évacuation des gaz d'échappement (12), on augmente le rapport air/carburant pour un couple restant constant en augmentant la quantité d'air fournie au segment d'alimentation en air pour augmenter la quantité d'air transportée à travers le cylindre (2). 4°) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' on augmente la quantité d'air d'alimentation en augmentant l'ouverture d'un volet d'étranglement (10) du segment d'alimentation en air (9), ou en augmentant la pression dans le segment d'alimentation en air (9) notamment dans une tubulure d'admission. 5°) Procédé selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce quedans un premier mode de fonctionnement, en fonction d'un état du segment d'évacuation des gaz d'échappement (12), on augmente le rapport air/carburant pour un couple restant constant en augmentant la quantité d'air d'alimentation pour augmenter la quantité d'air transportée à travers le cylindre (2), et dans un second mode de fonctionnement, en fonction d'un autre état du segment d'évacuation des gaz d'échappement (12), on diminue le rapport air/carburant pour un couple restant constant en augmentant la quantité de carburant fournie pour augmenter la quantité de carburant transportée à travers le cylindre (2). 6°) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on effectue une commutation entre le premier et le second mode de fonctionnement en fonction de la température d'un composant du segment d'évacuation des gaz d'échappement (12) pour qu'en conséquence de la commutation, la température de ce composant ne dépasse pas une valeur limite. 7°) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu' en fonction d'un état du segment d'évacuation des gaz d'échappement (12) on introduit de l'air dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement (12) par une alimentation en air, pour augmenter la quantité d'air passant dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement (12). 8°) Dispositif de commande de moteur (3) pour gérer un moteur à combustion interne comportant un segment d'alimentation en air (9) pour fournir de l'air et un segment d'évacuation des gaz d'échappement (12) pour évacuer les gaz d'échappement, caractérisé en ce que la commande de moteur (3) est réalisée pour qu'en fonction d'un état du segment d'évacuation des gaz d'échappement (12), on augmente le rapport air/carburant pour un couple restant constant en augmentantla quantité d'air fournie pour augmenter la quantité d'air transportée à travers le cylindre (2). 9°) Dispositif de commande de moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la commande de moteur (3) est réalisée pour que dans un premier mode de fonctionnement, selon un état du segment d'évacuation des gaz d'échappement (12), on augmente le rapport air/carburant pour un couple restant constant en augmentant la quantité d'air fournie pour augmenter la quantité d'air transportée à travers le cylindre (2), et pour que dans un second mode de fonctionnement, selon un autre état du segment d'évacuation des gaz d'échappement (12), on abaisse le rapport air/carburant pour un couple restant constant en augmentant la quantité de carburant fournie pour augmenter la quantité de carburant transportée à travers le cylindre (2), et la commande de moteur (3) est en outre réalisée pour effectuer une commutation entre le premier et le second mode de fonctionnement selon la température d'un composant dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement (12), pour que grâce à la commutation, la température de ce composant ne dépasse pas une valeur limite. 10°) Système de moteur comportant un dispositif de commande de moteur (3) selon les revendications 8 et 9 et un moteur à combustion interne (1) ayant un segment d'alimentation en air pour fournir de l'air à un cylindre (2) et un segment d'évacuation des gaz d'échappement pour évacuer les gaz d'échappement du cylindre (2), la commande de moteur étant réalisée pour augmenter l'ouverture d'un volet d'étranglement (10) ou augmenter la pression dans le segment d'alimentation en air (9) notamment dans une tubulure d'admission pour augmenter la quantité d'air fournie. 11 °) Dispositif de commande de moteur pour la gestion d'un moteur à combustion interne (1) comportant un segment d'alimentation en air (9) pour fournir de l'air et un segment d'évacuation des gaz d'échappement (12) pour évacuer les gaz d'échappement,une alimentation en air étant prévue pour fournir de l'air au segment d'évacuation des gaz d'échappement (12), caractérisée en ce que la commande de moteur (3) est réalisée pour qu'en fonction de l'état du segment d'évacuation des gaz d'échappement (12), on y introduise de l'air par l'alimentation en air, pour augmenter la quantité d'air conduite dans ce segment d'évacuation des gaz d'échappement (12). 12°) Programme d'ordinateur comportant un code programme qui 10 lorsqu'il est exécuté par une unité de traitement de données, met en oeuvre le procédé selon les revendications 1 à 6. 15