Brevet FR2938018A1 — publié le 20100507

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale la réduction de la consommation des moteurs à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement un procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne comprenant : a) une étape d'acquisition d'un paramètre de pilotage du moteur, relatif au régime et au couple sollicités, b) une étape de détermination de réglages d'un nouveau point de fonctionnement du moteur, en fonction dudit paramètre de pilotage, c) une étape de pilotage du moteur à combustion interne sur ledit nouveau point de fonctionnement. Elle concerne également un moteur à combustion interne équipé d'une unité de pilotage adaptée à mettre en oeuvre un tel procédé de pilotage. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les normes anti-pollution associent généralement une contrainte donnée à chaque type de polluant émis par le moteur (bruit compris). Lorsque ces normes ne sont pas trop sévères, il est possible de trouver différents modes de pilotage permettant, pour un couple et un régime-moteur donnés, de satisfaire à ces normes. Il est en particulier possible de trouver un mode de pilotage qui, d'une part, satisfait ces normes, et, d'autre part, permet d'optimiser la consommation en carburant du moteur. Toutefois, les normes associées aux moteurs à allumage par compression (Diesel) sont particulièrement sévères et nécessitent de perfectionner l'architecture et les systèmes de pilotage des moteurs à combustion interne. Cependant, passé un certain niveau de perfectionnement, il n'est plus possible de passer les normes anti-pollution en ne jouant que sur l'architecture et les systèmes de pilotage des moteurs. Aussi est-il nécessaire de prévoir des systèmes de post-traitement des éléments polluants (de type catalyseur d'oxydation) pour pouvoir trouver un compromis entre émissions de polluants, bruit, et autres contraintes. Seulement, ces systèmes de post-traitement sont onéreux à fabriquer, à entretenir et à implanter dans les véhicules automobiles. Ils sont par conséquent dimensionnés au juste nécessaire, si bien que le compromis entre les différentes contraintes demeure toujours délicat à gérer. Actuellement, les contraintes prises en compte pour piloter les moteurs sont déterminées en considérant la situation la plus défavorable au moteur, et sont donc indépendantes de la configuration dans laquelle les véhicules se trouvent effectivement (en ville, sur autoroute, ...). En l'espèce, parmi les contraintes actuellement prises en compte et qui rendent ce compromis délicat à trouver, on peut citer le débit d'oxydes d'azote rejetés par le moteur dans l'atmosphère. II faut en effet prévoir la possibilité de limiter ces rejets, quelle que soit la configuration dans laquelle le véhicule se trouve. Une configuration très défavorable correspond par exemple à une succession de trajets courts et lents, au cours desquels il est particulièrement important de minimiser simultanément les émissions de particules et d'oxydes d'azote, au détriment de la consommation en carburant du moteur. Les procédés de pilotage connus sont alors paramétrés en fonction de ces pires conditions, sans vérifier si le véhicule se trouve effectivement dans ces pires conditions ou dans des conditions plus favorable. Ce type de réglage n'est donc pas optimisé, en particulier à l'égard de la consommation en carburant du moteur. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier à l'inconvénient précité de l'état de la technique, la présente invention propose un nouveau procédé de pilotage, dans lequel on tient compte en temps réel de la configuration dans laquelle se trouve le véhicule, de manière que le compromis soit plus aisé à trouver et qu'il ne se fasse pas toujours au détriment de la consommation en carburant du moteur. Plus particulièrement, on propose selon l'invention un procédé de pilotage tel que défini dans l'introduction, dans lequel, préalablement à l'étape b), on acquiert un paramètre d'émission relatif au débit massique d'oxydes d'azote émis par le moteur à combustion interne et, à l'étape b), les réglages du point de fonctionnement sont déterminés en fonction dudit paramètre d'émission. Ainsi, grâce à l'invention, le moteur est piloté en tenant compte du débit d'oxydes d'azote effectivement émis par le moteur, ce qui permet d'améliorer la gestion du compromis entre, d'une part, la contrainte sur le débit d'oxydes d'azote, et, d'autre part, les autres contraintes de réglage du moteur. L'invention consiste plus précisément à évaluer en temps réel le débit d'oxydes d'azote et à d'adapter en conséquence l'ensemble des réglages pouvant avoir un impact direct ou indirect sur ce débit. De cette manière, s'il apparaît que le débit est faible, il est possible de piloter le moteur en privilégiant la réduction de sa consommation en carburant, quitte à ce que le débit augmente. En revanche, s'il apparaît que le débit est important, il est possible de piloter le moteur de manière à privilégier la réduction de ses émissions d'oxydes d'azote. Selon une caractéristique avantageuse du procédé de pilotage conforme à l'invention, préalablement à l'étape b), on détermine un seuil d'émission relatif au débit massique maximum autorisé d'oxydes d'azote, et, à l'étape b), les réglages du point de fonctionnement sont déterminés en pondérant l'importance du paramètre d'émission par rapport au paramètre de pilotage en fonction du seuil d'émission. Ainsi, il est possible de se fixer un seuil d'émission d'oxydes d'azote, qui peut par exemple être différent selon que le véhicule se trouve en ville ou loin de toute agglomération dans des conditions peu critiques pour la qualité de l'air, puis gérer en fonction de ce seuil le compromis entre, d'une part, la contrainte sur le débit d'oxydes d'azote, et, d'autre part, les autres contraintes de réglage du moteur. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé de pilotage conforme à l'invention sont les suivantes : - le paramètre d'émission est acquis en fonction du débit massique instantané d'oxydes d'azote et/ou en fonction du débit massique moyen d'oxydes d'azote émis sur une période donnée ; - le seuil d'émission est déterminé en fonction de données relatives à l'environnement dans lequel évolue le véhicule qui est équipé du moteur, dont le degré d'urbanisation et/ou la concentration en véhicules automobiles et/ou les conditions météorologiques rencontrées ; - le moteur à combustion interne comportant un bloc-moteur et une ligne d'échappement de gaz brûlés hors du bloc-moteur équipée de moyens de traitement des gaz brûlés, le paramètre d'émission est déterminé en fonction d'un premier paramètre relatif au débit massique d'oxydes d'azote émis par le bloc-moteur et d'un second paramètre relatif au taux d'oxydes d'azotes traités par les moyens de traitement ; - le premier paramètre est formé par une estimation du débit massique d'oxydes d'azote émis par le bloc-moteur, calculée en fonction au moins du point de fonctionnement instantané du moteur ; - en variante, le premier paramètre est formé par un indicateur calculé en fonction de l'état de fonctionnement du bloc-moteur et/ou de la volonté du conducteur du véhicule ; - le second paramètre est formé par une estimation du taux d'oxydes d'azote traités par les moyens de traitement, calculée en fonction au moins des réglages instantanés des moyens de traitement et/ou des propriétés chimiques des gaz brûlés émis par le bloc-moteur ; - le second paramètre est formé par un indicateur calculé en fonction de l'état de fonctionnement des moyens de traitement et/ou des propriétés chimiques des gaz brûlés émis par le bloc-moteur. L'invention concerne également un moteur à combustion interne comportant un bloc-moteur équipé de cylindres, une ligne d'admission d'air frais dans les cylindres, des moyens d'injection de carburant dans les cylindres, une ligne d'échappement des gaz brûlés hors des cylindres et une unité de pilotage des débits d'air frais et de carburant injectés dans les cylindres, qui est adaptée à mettre en oeuvre ce procédé de pilotage. DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés, les figures la et lb forment ensemble un unique graphique illustrant un procédé de pilotage selon l'invention d'un moteur à combustion interne. Ce procédé de pilotage peut être utilisé sur tout type de moteur à combustion interne émettant des oxydes d'azote Nox. II sera ici appliqué à un moteur à combustion interne à allumage par compression (Diesel). Moteur à combustion interne Un tel moteur à combustion interne comprend classiquement un bloc-moteur pourvu de quatre cylindres. En amont des cylindres, le moteur à combustion interne comporte une ligne d'admission qui prélève de l'air frais dans l'atmosphère et qui amène et répartit cet air frais dans chacun des cylindres du bloc-moteur. Cette ligne d'admission est ici équipée d'une vanne de régulation du débit d'air, qui permet de réguler le taux d'air frais par rapport au taux de gaz brûlés recyclés. En sortie des cylindres, le moteur à combustion interne comporte une ligne d'échappement de gaz brûlés qui collecte les gaz brûlés qui sortent de chacun des cylindres et qui les évacue dans l'atmosphère après les avoir traités et filtrés. La ligne d'échappement est à cet effet équipée d'un catalyseur d'oxydation et éventuellement d'un piège à oxydes d'azote pour traiter les éléments polluants provenant de la combustion du mélange d'air frais et de carburant dans les cylindres, ainsi que d'un filtre à particules adapté à retenir les particules et les suies provenant de cette combustion. Ce catalyseur d'oxydation est ici en particulier adapté à oxyder une partie des hydrocarbures imbrûlés et du monoxyde de carbone émis par le moteur. Le piège à oxydes d'azote est quant à lui adapté à réduire une partie des oxydes d'azote Nox contenus dans les gaz brûlés, et plus précisément une partie du monoxyde d'azote NO, du dioxyde d'azote NO2 et du protoxyde d'azote N2O contenus dans ces gaz. Le moteur à combustion interne comporte par ailleurs ici une ligne de recirculation des gaz brûlés (également appelée ligne EGR) qui prend naissance dans la ligne d'échappement, qui débouche dans la ligne d'admission et qui est équipée d'une vanne de régulation du débit de gaz brûlés recyclés. Le moteur à combustion interne comporte par ailleurs des injecteurs de carburant qui débouchent dans les cylindres du moteur à combustion interne. Le moteur à combustion interne comporte enfin une unité de pilotage adaptée à piloter les différents organes du moteur, en particulier ici les vannes de régulation des débits de gaz brûlés et d'air frais ainsi que les injecteurs de carburant. Procédé de pilotage Cette unité de pilotage est adaptée à mettre en oeuvre un procédé de pilotage comportant trois étapes principales, dont : . a) une étape d'acquisition de différents paramètres du moteur, dont un paramètre de pilotage P_pilot relatif au régime et au couple sollicités par le conducteur du véhicule, b) une étape de détermination des réglages d'un nouveau point de fonctionnement du moteur, en fonction des paramètres acquis à l'étape a), et c) une étape de pilotage du moteur à combustion interne sur ce nouveau point de fonctionnement. En l'espèce, à l'étape b), on détermine les réglages à apporter aux différents moyens d'actionnement du moteur, de manière à pouvoir le piloter sur le nouveau point de fonctionnement. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, à l'étape a), on acquiert un paramètre d'émission P_emis relatif au débit massique d'oxydes d'azote NOx rejetés dans l'atmosphère par le moteur. On acquiert ici également d'autres paramètres tels que la consommation en carburant du moteur. A l'étape b), les réglages du nouveau point de fonctionnement sont déterminés en conférant à chacun de ces paramètres une importance propre. Par exemple, le point de fonctionnement pourra être déterminé en favorisant la réduction des émissions d'oxydes d'azote NOx ou au contraire la réduction de la consommation en carburant de ce moteur. Ici, avantageusement, l'importance du paramètre d'émission P_emis est pondérée en fonction des conditions de roulage du véhicule. Si les conditions de roulage du véhicule permettent d'émettre une quantité plus importante d'oxydes d'azote NOx, l'importance du paramètre d'émission P_emis est réduite par rapport aux autres paramètres acquis à l'étape a). En revanche, si les conditions de roulage du véhicule ne permettent pas d'émettre une grande quantité d'oxydes d'azote NOx, l'importance du paramètre d'émission P_emis est accrue. L'importance du paramètre d'émission P_emis est à cet effet pondérée en fonction de l'écart entre, d'une part, le paramètre d'émission P_emis lui-même, et, d'autre part, un seuil d'émission Semis relatif au débit massique maximum d'oxydes d'azote que l'on s'autorise. Comme le montre la figure lb, la détermination des réglages du nouveau point de fonctionnement du moteur est donc réalisée en fonction du paramètre de pilotage P_pilot (bloc 101), du paramètre d'émission P_emis (bloc 201), et du seuil d'émission Semis (bloc 301). Dans un premier mode de réalisation de l'invention, ces différents paramètres seront exprimés sous forme d'indices N représentatifs des valeurs réelles des données auxquelles ils font référence. Ces paramètres varieront donc par paliers. Dans un second mode de réalisation de l'invention, ces différents paramètres seront exprimés sous forme de valeurs réelles égales aux données auxquelles ils font référence. Ces paramètres varieront alors continûment. La différence entre ces deux modes de réalisation de l'invention apparaîtra plus clairement dans la suite de cet exposé. Bloc 101 : calcul du paramètre de pilotage Dans un premier temps, l'unité de pilotage acquiert le taux d'enfoncement de la pédale d'accélérateur du véhicule, ainsi que le régime et le couple instantanés développés par le moteur. Puis, dans un second temps, l'unité de pilotage déduit de ces données de nouvelles consignes de couple et de régime à appliquer au moteur pour répondre aux souhaits du conducteur. Ces nouvelles consignes de couple et de régime forment ensemble le paramètre de pilotage P_pilot. Dans le premier mode de réalisation de l'invention, ces consignes de couple et de régime s'expriment sous forme d'indices. Elles sont alors ici chacune formées par un entier naturel N compris entre 0 et 100. De cette manière, l'indice de la consigne de régime variera entre 0 (lorsque le régime moteur sera minimum) et 100 (lorsque le régime moteur sera maximum), par pas de 1. L'indice de la consigne de couple variera également entre 0 (lorsque le couple moteur sera minimum) et 100 (lorsque le couple moteur sera maximum), par pas de 1. Dans le second mode de réalisation de l'invention, ces consignes de couple et de régime s'exprimeront sous forme de valeurs réelles. Elles seront alors chacune formées par un entier décimal correspondant à la valeur réelle du couple ou du régime moteur à atteindre pour répondre aux souhaits du conducteur. Bloc 201 : calcul du paramètre d'émission Dans cet exposé, nous considérerons que la ligne d'échappement est équipée d'un piège à oxydes d'azote NOx. Le paramètre d'émission P_emis est alors avantageusement déterminé en fonction d'un premier paramètre P1 relatif au débit massique d'oxydes d'azote NOx émis par le bloc-moteur vers le catalyseur d'oxydation (bloc 202) et d'un second paramètre P2 relatif au taux d'oxydes d'azotes NOx traités par ce catalyseur d'oxydation (bloc 203). Intéressons nous tout d'abord au premier paramètre P1. L'unité de pilotage relève en continu des paramètres d'entrée du bloc-moteur (bloc 206), dont en particulier des données relatives à la volonté du conducteur (taux d'enfoncement des pédales, rapport de vitesse engagé, ...), des données relatives à l'état de fonctionnement du bloc-moteur. Elle relève également le point de fonctionnement instantané du moteur (bloc 207). Dans le premier mode de réalisation, le premier paramètre P1 sera alors formé par un indice (bloc 204) calculé en fonction des paramètres d'entrée du bloc-moteur. L'indice de ce premier paramètre P1 sera plus précisément calculé pour varier par paliers, entre 0 et 100, suivant que les paramètres d'entrée permettront d'estimer que le débit massique d'oxydes d'azote dans la ligne d'échappement est faible ou est au contraire important. Dans le second mode de réalisation, le premier paramètre P1 sera au contraire formé par une estimation (bloc 205) du débit massique d'oxydes d'azote NOx émis par le bloc-moteur soit instantanément, soit sur une période donnée. Cette estimation sera calculée en fonction des paramètres d'entrée du bloc-moteur et du point de fonctionnement instantané du moteur. La période donnée précitée pourra par exemple correspondre à la durée moyenne des trajets réalisés par le véhicule, ou à la durée moyenne durant laquelle les conditions de roulage changent généralement peu, ou encore à la durée moyenne durant laquelle les conditions météorologiques ou environnementales changent généralement peu. Intéressons nous maintenant au second paramètre P2. L'unité de pilotage relève en continu des paramètres d'entrée du catalyseur d'oxydation (bloc 210), dont en particulier des données relatives à l'état de fonctionnement du catalyseur d'oxydation. Elle relève également les propriétés chimiques des gaz brûlés qui circulent dans la ligne d'échappement (bloc 211). Elle relève enfin les réglages instantanés, s'il y en a, du catalyseur d'oxydation (bloc 212). Dans le premier mode de réalisation, le second paramètre P2 sera alors formé par un indice (bloc 208) calculé en fonction des paramètres d'entrée du catalyseur d'oxydation et des propriétés chimiques des gaz brûlés. L'indice de ce second paramètre P2 sera plus précisément calculé pour varier par paliers, entre 0 et 100, suivant que les paramètres d'entrée et les propriétés chimiques des gaz brûlés permettront d'estimer que le taux d'oxydes d'azote traités dans le catalyseur d'oxydation est faible ou est au contraire important. Dans le second mode de réalisation, le second paramètre P2 sera au contraire formé par une estimation du taux d'oxydes d'azote traités dans le catalyseur d'oxydation. Cette estimation sera calculée en fonction des propriétés chimiques des gaz brûlés qui circulent dans la ligne d'échappement et des réglages instantanés, s'il y en a, du catalyseur d'oxydation. Grâce à ces premier et second paramètres P1, P2, l'unité de pilotage pourra alors déterminer la valeur du paramètre d'émission P_emis. Plus précisément, dans le premier mode de réalisation, le paramètre d'émission P_emis sera égal à la différence entre le premier et le second paramètres P1, P2. Dans le second mode de réalisation, le paramètre d'émission P_emis sera égal à la différence entre, d'une part, le premier paramètre P1 et, d'autre part, le produit des premier et second paramètres P1, P2. Bloc 301: Calcul du seuil d'émission Le seuil d'émission Semis correspond au seuil que ne doit pas dépasser le débit massique d'oxydes d'azote NOx rejetés dans l'atmosphère. Ce seuil d'émission Semis pourra correspondre à une norme anti- pollution prédéterminée et mémorisée dans l'unité de pilotage. Ici, ce seuil d'émission S_emis correspondra plutôt à une norme estimée par l'unité de pilotage, en fonction de données relatives à l'environnement dans lequel le véhicule évolue. Ce seuil d'émission Semis sera alors plus précisément calculé en fonction du degré d'urbanisation (bloc 302), de la concentration en véhicules automobiles (bloc 303) et des conditions météorologiques rencontrées (bloc 304). La valeur de ce seuil d'émission Semis sera d'autant plus faible que le degré d'urbanisation et la concentration en véhicules automobiles seront élevés. Elle sera également d'autant plus faible que les conditions météorologiques rencontrées seront défavorables (températures extrêmes, pressions extrêmes). Le calcul du degré d'urbanisation pourra consister à déterminer si le véhicule évolue dans une agglomération, à la périphérie d'une agglomération, ou à distance d'une agglomération. Ce calcul pourra par exemple être réalisé en fonction de la vitesse du véhicule et de la fréquence des arrêts. Un tel calcul étant déjà connu et ne faisant pas en propre l'objet de la présente invention, il ne sera pas ici décrit plus en détail. Le calcul de la concentration en véhicules automobiles pourra consister à déterminer si la densité du trafic automobile dans lequel évolue le véhicule est importante, moyenne ou faible, et s'il existe une forte probabilité de rencontrer à court terme une zone à fort trafic routier. Un tel calcul étant également déjà connu et ne faisant pas en propre l'objet de la présente invention, il ne sera pas ici décrit plus en détail. L'acquisition des conditions météorologiques sera en particulier utilisée pour déterminer si ces conditions sont favorables à la dispersion et à la transformation des oxydes d'azote, ou si, au contraire, ces conditions sont particulièrement défavorables. Elle sera réalisée à l'aide d'un capteur météo bien connu de l'Homme du métier. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. En particulier, on pourra prévoir d'appliquer ce procédé aux moteurs dont les lignes d'échappement sont dépourvues de catalyseur d'oxydation des oxydes d'azote. Le procédé sera alors identique à celui exposé précédemment, mais la valeur du second paramètre P2 restera constante et nulle. REVENDICATIONS1. Procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne comprenant : a) une étape d'acquisition d'un paramètre de pilotage (P_pilot) du moteur, relatif au régime et au couple sollicités, b) une étape de détermination des réglages d'un nouveau point de fonctionnement du moteur, en fonction dudit paramètre de pilotage (P_emis), c) une étape de pilotage du moteur à combustion interne sur ledit nouveau point de fonctionnement, caractérisé en ce que, préalablement à l'étape b), on acquiert un paramètre d'émission (P_emis) relatif au débit massique d'oxydes d'azote (NOx) émis par le moteur à combustion interne et, à l'étape b), les réglages du point de fonctionnement sont déterminés en fonction dudit paramètre d'émission (P_emis). 2. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, dans lequel le paramètre d'émission (P_emis) est acquis en fonction du débit massique instantané d'oxydes d'azote (NOx) et/ou en fonction du débit massique moyen d'oxydes d'azote (NOx) émis sur une période donnée. 3. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, préalablement à l'étape b), on détermine un seuil d'émission (S_emis) relatif au débit massique maximum autorisé d'oxydes d'azote (Nox), et, à l'étape b), les réglages du point de fonctionnement sont déterminés en pondérant l'importance du paramètre d'émission (P_emis) par rapport au paramètre de pilotage (P_pilot) en fonction du seuil d'émission (S_emis). 4. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, dans lequel le seuil d'émission (S_emis) est déterminé en fonction de données relatives à l'environnement dans lequel évolue le véhicule qui est équipé du moteur, dont le degré d'urbanisation (d_urban) et/ou la concentration en véhicules automobiles (C_vehic) et/ou les conditions météorologiques rencontrées (C_meteo). 5. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, le moteur à combustion interne comportant un bloc-moteur et une ligne d'échappement de gaz brûlés hors du bloc-moteur équipée de moyens de traitement des gaz brûlés, le paramètre d'émission (P_emis) est déterminé en fonction d'un premier paramètre (P1) relatif au débit massique d'oxydes d'azote (NOx) émis par le bloc-moteur et d'un second paramètre (P2) relatif au taux d'oxydes d'azotes (NOx) traités par les moyens de traitement. 6. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, dans lequel le premier paramètre (P1) est formé par une estimation du débit massique d'oxydesd'azote (NOx) émis par le bloc-moteur, calculée en fonction au moins du point de fonctionnement instantané du moteur. 7. Procédé de pilotage selon la revendication 5, dans lequel le premier paramètre (P1) est formé par un indicateur calculé en fonction de l'état de fonctionnement du bloc-moteur et/ou de la volonté du conducteur du véhicule. 8. Procédé de pilotage selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel le second paramètre (P2) est formé par une estimation du taux d'oxydes d'azote (NOx) traités par les moyens de traitement, calculée en fonction au moins des réglages instantanés des moyens de traitement et/ou des propriétés chimiques des gaz brûlés émis par le bloc-moteur. 9. Procédé de pilotage selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel le second paramètre (P2) est formé par un indicateur calculé en fonction de l'état de fonctionnement des moyens de traitement et/ou des propriétés chimiques des gaz brûlés émis par le bloc-moteur. 10. Moteur à combustion interne comportant un bloc-moteur équipé de cylindres, une ligne d'admission d'air frais dans les cylindres, des moyens d'injection de carburant dans les cylindres, une ligne d'échappement des gaz brûlés hors des cylindres, et une unité de pilotage des débits d'air frais et de carburant injectés dans les cylindres, caractérisé en ce que l'unité de pilotage est adaptée à mettre en oeuvre un procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes.