Brevet FR2950652A1 — publié le 20110401

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne selon lequel le moteur est équipé d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement pour nettoyer les gaz d'échappement émis par le moteur et en fonctionnement normal le moteur utilise un premier angle d'allumage. L'invention concerne également un moteur à combustion interne mettant en oeuvre un tel procédé. Etat de la technique Selon l'état de la technique on connaît des procédés de gestion d'un moteur à combustion interne. Selon de tels procédés, le moteur fonctionne en mode normal avec un premier angle d'allumage dépendant de différents paramètres de fonctionnement du moteur, par exemple de la demande de couple ou de la température souhaitée pour les gaz d'échappement. Les gaz d'échappement produits par le procédé de combustion dans le moteur ont différents composants et ces gaz contiennent non seulement des matières polluantes mais également de l'oxygène. L'installation de nettoyage des gaz d'échappement du moteur à combustion interne transforme les matières polluantes telles que les oxydes de carbone, les hydrocarbures et les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement du moteur. L'oxygène contenu dans les gaz d'échappement lorsque le moteur à combustion interne fonctionne avec un mélange carburant-air, maigre, sert à oxyder les oxydes de carbone et les hydrocarbures dans l'installation de nettoyage des gaz d'échappement produisant ainsi du dioxyde de carbone et de l'eau. De plus le monoxyde de carbone et les hydrocarbures réagissent avec les oxydes d'azote en les réduisant en azote. Il faut toujours un certain rapport entre le monoxyde de carbone, les hydrocarbures, les oxydes d'azote et l'oxygène pour avoir une conversion totale des produits polluants en dioxyde de carbone, en eau et en azote. En aval de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement, les gaz d'échappement sont sous une forme nettoyée bien qu'ils puissent toujours contenir une certaine quantité de matières polluantes. Comme 2 les exigences de composition des gaz d'échappement nettoyés deviennent de plus en plus strictes, des tentatives de plus en plus nombreuses sont faites pour réduire les émissions. Dans certains états de fonctionnement du moteur à combustion interne il peut arriver que l'installation de nettoyage les gaz d'échappement ne présente pas les paramètres de fonctionnement nécessaires (par exemple une température trop basse) pour transformer les matières polluantes. Ainsi des matières polluantes non transformées peuvent s'échapper à l'environnement. Exposé et avantages de l'invention La présente invention un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce que on diminue la teneur en oxydes d'azote en faisant fonctionner le moteur à combustion interne au moins de temps en temps avec un second angle d'allumage, retardé si l'installation de nettoyage des gaz d'échappement est dans un état de charge ne permettant plus de convertir ou de ne convertir que partiellement au moins un composant des gaz d'échappement notamment des oxydes d'azote. Vis-à-vis de l'état de la technique, le procédé de l'invention offre l'avantage de diminuer la quantité d'oxydes d'azote émis par le moteur à combustion interne, en particulier même si l'installation de nettoyage des gaz d'échappement ne présente pas tous les paramètres de fonctionnement nécessaires pour assurer une conversion totale des oxydes d'azote. Ainsi et comme déjà indiqué, on diminue la teneur en oxydes d'azote en faisant fonctionner le moteur à combustion interne au moins de temps en temps avec un second angle d'allumage, retardé. En mode de fonctionnement normal le moteur travaille avec un premier angle d'allumage dépendant de différents paramètres de fonctionnement. Cet angle est choisi pour que la consommation en carburant du moteur soit aussi faible que possible, tout en fournissant le couple demandé. Avec un second angle d'allumage, retardé, on est conscient de ce que la consommation ne sera pas optimale et/ ou que le couple demandé ne sera pas fourni en totalité. Le second angle d'allumage est choisi à partir du premier angle d'allumage pour modifier 3 la composition des matières polluantes contenues dans les gaz d'échappement et réduire tout particulièrement les oxydes d'azote. Jusqu'à présent il était seulement habituel à cet effet de modifier ou de régler la composition du mélange air/carburant pour obtenir la composition souhaitée des matières polluantes dans les gaz d'échappement, le moteur fonctionnant avec le premier angle d'allumage. En outre il était jusqu'à présent habituel de choisir les paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne pour que l'installation de nettoyage des gaz d'échappement atteigne aussi rapidement que possible sa température de fonctionnement. En revanche et en fonction de l'état de charge de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement, le procédé selon l'invention prévoit de passer du premier angle d'allumage à un second angle d'allumage, retardé, c'est-à-dire de retarder l'angle d'allumage pour réduire les matières polluantes dégagées par le moteur à combustion interne notamment les oxydes d'azote. L'état de charge de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement signifie sa charge avec les composants à la fois les matières polluantes et l'oxygène résultant du mode de fonctionnement précédent du moteur à combustion interne. Le fonctionnement du moteur à combustion interne avec un mélange carburant-air, pauvre se traduit notamment par une forte teneur en oxydes d'azote dans les gaz d'échappement et le fonctionnement avec un mélange carburant-air, riche se traduit notamment par une forte teneur en monoxyde de carbone et en hydrocarbures. L'état de charge qui correspond à une forte charge en composante de gaz d'échappement résultant d'un mélange carburant-air, maigre et d'une charge significativement réduite par comparaison, en composants de gaz d'échappement caractérise un mélange carburant-air, riche, est appelé forte charge en oxygène. Pour une telle charge élevée en oxygène dans l'installation de nettoyage des gaz d'échappement, on ne pourra pas convertir ou seulement partiellement, des polluants contenus dans les gaz d'échappement notamment l'oxyde d'azote si bien que l'on aura ce composant des gaz d'échappement en aval de l'installation de nettoyage toujours dans les gaz d'échappement nettoyés. En faisant fonctionner le moteur à combustion interne avec le 4 second angle d'allumage, retardé, on diminue la concentration en oxydes d'azote des gaz d'échappement du moteur si bien que l'on diminue également la concentration des oxydes d'azote dans les gaz d'échappement en aval de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement. Même si toutes les matières polluantes ne peuvent être transformées dans l'installation de nettoyage des gaz d'échappement, il en résulte que la fraction des matières polluantes, notamment les oxydes d'azote sera réduite dans les gaz d'échappement nettoyés ou du moins on respectera les valeurs limites prédéfinies par le législateur. Selon un développement de l'invention, on modifie l'état de charge de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement en faisant fonctionner le moteur à combustion interne avec un mélange carburant-air, maigre ou riche. La modification simultanée du mélange carburant-air et de l'angle d'allumage offre une multiplicité de combinaisons pour gérer le moteur à combustion interne ce qui d'une part permet de modifier la teneur en oxydes d'azote contenue dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne et d'autre part de modifier l'état de charge de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement pour qu'au moins un polluant contenu dans les gaz d'échappement nettoyés notamment les oxydes d'azote soit inférieur à une certaine valeur limite. Selon le développement de l'invention on fait fonctionner le moteur à combustion interne avec le second angle d'allumage après avoir fait fonctionner le moteur sans injection de carburant. Si le mouvement de rotation du moteur est maintenu et que l'injection de carburant est coupée, comme cela est par exemple le cas dans les descentes, le moteur est en mode de poussée. Dans ce cas uniquement de l'air arrive dans le moteur. L'oxygène de l'air arrive sans être consommé dans l'installation de gaz d'échappement et ainsi dans l'installation de nettoyage des gaz d'échappement. Cet oxygène brûlé réagit dans l'installation de nettoyage des gaz d'échappement avec les matières polluantes résultant du fonctionnement du moteur avec un mélange maigre carburant-air si bien que ces composants des gaz d'échappement ne seront plus disponibles pour réduire les oxydes d'azote des gaz d'échappement de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement. Si la charge en oxygène qui en résulte est trop élevée dans l'installation de nettoyage des gaz d'échappement, les matières polluantes produites lors de la remise en route du processus de combustion dans le moteur à combustion interne, après avoir fait 5 fonctionner le moteur sans injection de carburant, et notamment les oxydes d'azote ne seront pas convertis ou ne le seront que partiellement. Comme cette forte charge en oxygène est prévisible lors de la remise en route après le mode de poussée, le moteur à combustion interne fonctionnera après sa remise en route, en partie avec le second angle d'allumage, retardé ce qui permettra de réduire la concentration des oxydes d'azote dans l'installation des gaz d'échappement et ainsi en aval de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement. Un développement de l'invention prévoit de faire fonctionner le moteur à combustion interne avec le second angle d'allumage si le mélange carburant-air introduit dans le moteur est un mélange maigre c'est-à-dire si la masse d'air disponible pour la combustion est supérieure à la masse d'air stoechiométrique minimale nécessaire pour la combustion totale des combustibles. L'air contenant l'oxygène alimentant le moteur à combustion interne ne réagit pas complètement avec le carburant en mode maigre si bien que de l'oxygène non consommé arrive dans les gaz d'échappement. Cet oxygène non consommé réagit dans l'installation de nettoyage des gaz d'échappement avec les matières polluantes résultant du fonctionnement du moteur avec un mélange maigre carburant-air si bien que ces composants de gaz d'échappement ne seront plus disponibles pour réduire les oxydes d'azote en azote. Si le niveau de remplissage en oxygène qui en résulte dans l'installation de nettoyage des gaz d'échappement est trop élevé, on ne peut convertir toutes les matières polluantes notamment les oxydes d'azote. Pour que néanmoins cette capacité de conversion, faible, prédéfinie de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement présente une concentration faible d'oxydes d'azote en aval de l'installation de nettoyage, dans le cas d'un mélange maigre carburant-air introduit dans le moteur, on règle l'angle d'allumage dans le sens du retard et on fait fonctionner le moteur à combustion interne avec ce second angle d'allumage, retardé. Cela 6 permet de diminuer la concentration en oxydes d'azote dans les gaz d'échappement et ainsi également la concentration en oxydes d'azote en aval de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement. Selon un développement de l'invention, l'état de charge de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement est calculé notamment en s'appuyant sur la composition du mélange carburant-air et/ou se détermine à l'aide d'un capteur installé notamment en aval de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement. L'état de charge peut être une charge en oxygène. On peut également avoir des états de fonctionnement dans lesquels il n'est pas prévu d'avoir une charge élevée en oxygène dans l'installation de nettoyage des gaz d'échappement, pour déterminer la charge en oxygène. Ainsi il est possible de maintenir en dessous de certaines valeurs limites, l'émission de matières polluantes, même pour une charge élevée, non prévisible en oxygène dans l'installation de nettoyage des gaz d'échappement. Selon un développement de l'invention, le moteur à combustion interne fonctionne avec un mélange carburant-air, maigre pour exécuter un diagnostic de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement et/ou d'un ou plusieurs capteurs équipant l'installation de nettoyage des gaz d'échappement. En faisant fonctionner le moteur à combustion interne avec un mélange maigre carburant-air, selon l'invention on fait fonctionner le moteur à combustion interne avec le second angle d'allumage, retardé et cela permet de faire des diagnostics concernant l'installation de nettoyage des gaz d'échappement par exemple quant à son aptitude à convertir et/ou par un ou plusieurs capteurs équipant l'installation des gaz d'échappement, en effectuant une mesure d'oxygène. Selon un développement de l'invention, le moteur à combustion interne fonctionne avec le second angle d'allumage pendant une durée définie. Comme ce second angle d'allumage, retardé peut par exemple augmenter la consommation en carburant et/ou se traduire par une diminution du couple maximum disponible, le moteur à combustion interne ne fonctionne que pendant une durée déterminée avec ce second angle d'allumage, retardé. Cette durée dépend de l'état 7 de fonctionnement du moteur et/ou des paramètres de fonctionnement de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement et elle sera choisie aussi brève que possible. Si à partir de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne et/ou des paramètres de fonctionnement de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement il n'est pas nécessaire de diminuer la teneur en matières polluantes contenues dans les gaz d'échappement émis par le moteur à combustion interne pour respecter certaines valeurs d'émission de matières polluantes ou valeurs limites, en aval de l'installation de nettoyage des gaz io d'échappement, on refait fonctionner le moteur avec le premier angle d'allumage, avancé. Selon un développement de l'invention, pour diminuer la teneur en oxydes d'azote dans les gaz d'échappement on règle en plus la composition du mélange carburant-air. Si le mélange carburant-air est 15 réglé sur un rapport riche, c'est-à-dire si l'on dispose de moins d'oxygène pour brûler tout le carburant, la composition des matières polluantes change dans les gaz d'échappement et notamment la teneur en oxydes d'azote dans les gaz d'échappement diminue si bien que la teneur en oxydes d'azote en aval de l'installation de nettoyage des gaz 20 d'échappement diminue également. Dans ce cas la concentration en monoxyde de carbone et en hydrocarbures augmente dans les gaz d'échappement mais l'installation de nettoyage des gaz d'échappement pourra le cas échéant convertir ces composants alors que les oxydes d'azote ne seront pas convertis. 25 L'invention concerne en outre un moteur à combustion interne notamment pour l'application du procédé tel que présenté ci-dessus et dans lequel le moteur est équipé d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement et fonctionne en mode normal avec un premier angle d'allumage. Le moteur se caractérise par une installation 30 de commande et/ou de régulation qui, pour réduire la teneur en oxydes d'azote dans les gaz d'échappement fonctionne au moins de temps en temps avec un second angle d'allumage retardé, si l'installation de nettoyage des gaz d'échappement présente un état de charge pour lequel au moins un composant des gaz d'échappement notamment les 35 oxydes d'azote ne sont pas convertis ou ne le sont que partiellement. En 8 réglant le second angle d'allumage, retardé on obtient les avantages du procédé tels que décrit ci-dessus. Dessin La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans le dessin annexé dans lequel : - la figure est un schéma de principe de l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention La figure montre un moteur à combustion interne par exemple celui d'un véhicule non représenté muni d'une installation de commande et/ou de régulation 3 qui agit sur le moteur dans le sens de la commande et/ou de la régulation. Le moteur à combustion interne peut ainsi être commandé ou régulé c'est-à-dire que les différents paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne 1 peuvent être réglés. Le moteur à combustion interne 1 est équipé d'une installation de gaz d'échappement 5 et d'au moins une installation de nettoyage des gaz d'échappement 7 en aval du moteur. Il est également possible d'avoir plusieurs installations de nettoyage des gaz d'échappement 7 dans l'installation des gaz d'échappement 5 qui convertissent ou filtrent de préférence différents composants polluants chargeant les gaz d'échappement. L'installation de commande et/ou de régulation 3 reçoit des signaux de capteurs 9 et 11, par exemple une demande de couple émise par le conducteur, par l'intermédiaire de la pédale d'accélération ou encore la teneur en oxygène dans les gaz d'échappement. Dans cet exemple de réalisation on a prévu uniquement un capteur 11 en aval de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 7. Ce dispositif 2 ne constitue qu'un simple exemple non limitatif. A l'aide des signaux des capteurs 9 et 11, l'installation de commande et/ou de régulation 3 peut commander et/ou réguler le moteur à combustion interne 1 par exemple en agissant sur l'angle d'allumage et/ou sur le mélange air/ carburant. Il est prévu de faire fonctionner le moteur à combustion interne 1 selon son état de fonctionnement, par exemple de temps en temps avec un second angle d'allumage retardé. Dans les états de fonctionnement dans lesquels le moteur à combustion interne 1 9 fonctionne avec le second angle d'allumage retardé, on veut diminuer la teneur en oxydes d'azote dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne 1. Cela est intentionnel si à partir des signaux des capteurs 9 et 11 on détermine des états de fonctionnement du moteur à combustion interne dans lesquels l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 7 ne présente que des capacités de conversion réduites, occasionnées par exemple par une trop forte teneur en oxygène. Pour cela, l'installation de commande et/ou de régulation 3, après avoir exploité les signaux des capteurs 9 et 11 agit sur le moteur à combustion interne 1 pour qu'il fonctionne avec le second angle d'allumage, retardé. Cela permet de diminuer la teneur en oxydes d'azote dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne arrivant dans l'installation de gaz d'échappement 5. On diminue ainsi également la teneur en oxydes d'azote en aval de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 7 bien que la capacité de conversion de l'installation de nettoyage 7 soit limitée. REVENDICATIONS1 °) Procédé de gestion d'un moteur à combustion interne (1) selon lequel le moteur (1) est équipé d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement (7) pour nettoyer les gaz d'échappement émis par le moteur (1) et en fonctionnement normal, le moteur utilise un premier angle d'allumage, procédé caractérisé en ce qu' on diminue la teneur en oxydes d'azote en faisant fonctionner le moteur à combustion interne (1) au moins de temps en temps avec un second angle d'allumage, retardé si l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (7) est dans un état de charge ne permettant plus de convertir ou de ne convertir que partiellement au moins un composant des gaz d'échappement notamment des oxydes d'azote. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on modifie l'état de charge de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (7) en faisant fonctionner le moteur à combustion interne (1) avec un mélange carburant-air, maigre ou riche. 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' après avoir fait fonctionner le moteur à combustion interne (1) sans injection de carburant, on le fait fonctionner avec le second angle d'allumage. 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' après avoir fait fonctionner le moteur à combustion interne (1) avec un mélange carburant-air, maigre, on le fait fonctionner avec un second angle d'allumage. 5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 11 l'on calcule l'état de charge de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (7) notamment en se fondant sur la composition du mélange carburant-air et/ou à l'aide d'au moins un capteur (11) installé en aval de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (7). 6°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait fonctionner le moteur à combustion interne (1) avec un mélange carburant-air, maigre pour faire le diagnostic de l'installation de 1 o nettoyage des gaz d'échappement (7) et/ou du capteur (11) . 7°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait fonctionner le moteur à combustion interne (1) pendant une 15 durée déterminée avec le second angle d'allumage. 8°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour réduire la teneur en oxydes d'azote dans les gaz d'échappement on 20 règle en plus la composition du mélange carburant-air. 9°) Moteur à combustion interne (1) appliquant le procédé selon une ou plusieurs des revendications 1 à 8, le moteur (1) comportant une installation de nettoyage des gaz 25 d'échappement (7) pour nettoyer les gaz d'échappement émis par le moteur (1) et ce moteur fonctionne avec un premier angle d'allumage en mode de fonctionnement normal, moteur caractérisé en ce qu' il comporte une installation de commande et/ou de régulation (3) qui 30 diminue la teneur en oxydes d'azote des gaz d'échappement en réglant au moins de temps en temps un second angle d'allumage, retardé si l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (7) présente un état de charge ne permettant plus de convertir un composant contenu dans les gaz d'échappement, notamment des oxydes d'azote ou de ne les 35 convertir que partiellement.