Brevet FR3006009A1 — publié le 20141128

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de réduc- tion de l'émission de particules d'un moteur thermique à allumage commandé dans la phase de fonctionnement du moteur qui suit le ralenti. L'invention a également pour objet un dispositif de réduction de l'émission de particules d'un moteur thermique à allumage commandé dans sa phase de fonctionnement qui suit le ralenti, comportant une unité de commande qui prédéfinit l'instant d'allumage du moteur thermique, la commande réglant l'instant d'allumage au cours de la marche à vide du moteur thermique, instant d'allumage qui correspond à une efficacité réduite du moteur thermique. Etat de la technique La réglementation concernant le fonctionnement des vé- hicules automobiles équipés de moteur thermique concerne entre- autres, l'émission autorisée de particules dans les gaz d'échappement. Par exemple, selon la norme Euro 6 concernant les moteurs à essence, le nombre de particules émises avec les gaz d'échappement est limité à 6*1011 par kilomètres de parcours. En outre, pour les moteurs à es- sence et les moteurs Diesel, la masse de particules autorisée dans les gaz d'échappement est limitée à 4,5 mg par kilomètre. Pour respecter de telles valeurs limites, il faut réduire autant que faire ce peut les sources de particules internes au moteur. Selon l'état de la technique, on fait fonctionner les mo- teurs thermiques pour qu'à l'état stationnaire, il se déplace suivant une optimum concernant le nombre de particules émises avec les gaz d'échappement, la consommation de carburant, le confort de circulation ainsi que les émissions d'oxyde d'azote, d'hydrocarbure et de monoxyde de carbone. Dans les états de fonctionnement dynamiques, on peut néanmoins avoir actuellement des émissions gênantes de particules. Notamment après une phase de roue libre, lorsque le régime (vitesse de rotation augmente de même que la charge, le moteur thermique produit pendant une courte durée une plus forte émission de particules car le carburant ne se vaporise qu'insuffisamment sur les parois relativement froides des chambres de combustion du moteur thermique. Cette partie de carburant, c'est-à-dire le film de paroi, peut s'évaporer seulement pendant la combustion principale et bruler de manière diffuse, ce qui a pour conséquence une augmentation des émissions de particules. Un fonctionnement habituel des moteurs thermiques se- lon l'état de la technique prévoit de disposer d'une réserve de couple pendant la phase de ralenti et pour cela de retarder l'instant d'allumage. En cas de demande de couple à court terme, tel que par exemple lorsque le compresseur de l'installation de climatisation est activé, on fournit rapidement le couple supplémentaire nécessaire en neu- tralisant le retard du point d'allumage. Hors, par la simple ouverture du volet d'étranglement, dans l'alimentation en air frais du moteur thermique, on ne peut pas fournir suffisamment rapidement le couple nécessaire en partant du ralenti de sorte que sans ce décalage dans le sens du retard en cas de demande de couple, on peut avoir un arrêt gê- nant du moteur thermique ou un fonctionnement irrégulier au ralenti. Un moteur thermique fonctionne avec sa plus grande efficacité possible si le centre de gravité de la combustion se situe à une combustion de 50 `)/0 du carburant au cours d'une phase de combustion dans une plage située de 8° d'angle de Vilebrequin vers le haut après le point mort haut d'allumage (ZOT). Le point mort haut d'allumage carac- térise la position du Vilebrequin pour laquelle entre le cycle de combustion et le cycle de travail, le piston du cylindre concerné du moteur thermique se trouve dans sa position haute d'inversion de mouvement. Le décalage vers le retard de l'instant d'allumage au moment du ralenti fait que le centre de gravité et de combustion se situe significativement après l'angle de Vilebrequin à 8°, en évitant l'efficacité du moteur thermique. On évacue l'énergie par le système de gaz d'échappement. Dans le cas d'une demande de couple, l'énergie peut être fournie par au choix la sélection de l'angle d'allumage avec une combustion plus efficace pour fournir ce résultat immédiatement. Le document DE 102004016559A1 décrit un procédé de gestion d'un véhicule automobile hybride équipé d'un moteur thermique et d'au moins une machine électrique. La machine électrique sollicite le moteur thermique au ralenti avec un couple de rotation réduit de façon à diminuer les identités de forme du moteur thermique à l'état de ralen- ti. Selon l'invention, en même temps pendant le ralenti, on fait fonctionner le moteur thermique avec l'angle d'allumage optimal pour cet état de fonctionnement ainsi que le degré de remplissage sans réglage dans le sens du retard de l'angle d'allumage pour réduire la réserve de couple. Le document DE 1020007030465 décrit un procédé de gestion d'un moteur thermique selon lequel on établit une réserve de couple dans le mode de ralenti et/ou dans le mode de faible charge par un angle d'allumage que l'on règle en l'éloignant de l'optimum du ren- dement du moteur. Il est ainsi proposé qu'au ralenti et/ou à faible charge, partant de l'optimum de rendement on règle l'angle d'allumage dans le sens de l'établissement d'une réserve de couple jusqu'à ce que la régularité de fonctionnement du moteur thermique passe en-dessous d'une limite prédéfinie de régularité et de fonctionnement et l'angle d'allumage ainsi atteint est enregistré en mémoire comme première li- mite de l'angle d'allumage ; ensuite l'angle d'allumage est déplacé en direction de l'augmentation de la réserve de couple jusqu'à ce que la régularité de fonctionnement du moteur thermique dépasse de nouveau la limite prédéfinie de régularité de fonctionnement ; l'angle d'allumage alors atteint est mémorisé comme seconde limite d'angle d'allumage et lors des réglages suivants de l'angle d'allumage, pour constituer une réserve de couple au ralenti et/ou en mode de faible charge, le réglage de l'angle d'allumage se fait sur des valeurs comprises entre la première et la seconde valeur d'angle d'allumage. Ce document ne décrit pas la procédure précise de réglage de l'angle d'allumage. Elle ne prévoit pas de réglage de l'angle d'allumage en tenant compte des émissions de matières polluantes. Le document DE 19963914 C2 décrit un procédé d'injection de carburant dans un moteur thermique à essence pour le démarrage à froid. Le procédé est caractérisé par les étapes suivantes : - réglage dans le sens du retard de l'angle d'allumage au moins pour la première combustion dans au moins un cylindre du moteur thermique pendant la phase de démarrage à froid, le carburant injecté dans le cylindre étant amené à la combustion, - réglage normal de l'angle d'allumage à la fin de la phase de démarrage à froid. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un pro- cédé et un dispositif permettant de réduire l'émission de particules d'un moteur thermique à l'image commandée dans la phase de fonctionnement qui suit la phase de ralenti. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de réduc- tion de l'émission de particules d'un moteur thermique à allumage commandée dans la phase de fonctionnement du moteur qui suit le ralenti. Ce procédé est caractérisé en ce que pendant le ralenti on chauffe une ou plusieurs chambres de combustion du moteur thermique par le réglage dans le sens de l'avance de l'angle d'allumage avant l'angle d'allumage optimal du point de vue de l'efficacité de la combustion. Grâce au réglage dans le sens de l'avance, on abaisse l'efficacité de la combustion. Une intervention de réglage rapide par le degré d'efficacité de l'angle d'allumage permet ainsi de fournir rapidement le couple supplémentaire requis comme cela se fait actuellement par le réglage connu dans le sens du retard de l'angle d'allumage pour avoir une réserve de couple. Contrairement au réglage dans le sens du retard de l'angle d'allumage, en réglant dans le sens de l'avance, on ne déplace pas l'énergie dans le système des gaz d'échappement du moteur ther- mique mais on l'utilise pour chauffer la chambre de combustion de fa- çon à augmenter la température des parois de la chambre de combustion. Lors de l'accélération consécutive à partir du ralenti, la chambre de combustion sera ainsi d'autant plus chaude. Cela se traduit par une meilleure évaporation du film de carburant sur la paroi et ainsi à une réduction de l'émission des particules. De façon avantageuse, au ralenti du moteur thermique, on positionne l'angle d'allumage avant le point mort haut d'allumage. On obtient ainsi une réserve suffisante de couple et une élévation suffisante de la température des chambres de combustion si l'angle d'allumage est avancé de 10°-20° de préférence d'environ 15° par rapport à l'angle d'allumage optimum du point de vue de l'efficacité de la combustion. S'il faut une réserve de couple importante on peut régler l'angle d'allumage pendant la phase de ralenti plus en avant par rapport à l'angle d'allumage optimum pour l'efficacité de la combustion. Dans certains procédés de combustion, il peut être nécessaire de limiter le déplacement dans le sens de l'avance à une valeur plus faible. L'invention a également pour objet un dispositif de réduc- tion de l'émission de particules d'un moteur thermique à allumage commandé dans une phase de fonctionnement du moteur thermique qui suit le ralenti avec une unité de commande qui prédéfini un instant d'allumage du moteur thermique à allumage commandé, la commande réglant sélectivement l'instant d'allumage pendant le ralenti du moteur thermique, instant qui correspond à une efficacité réduite du moteur thermique. Ce dispositif est caractérisé en ce que la commande com- porte un circuit ou un programme pour régler l'instant d'allumage pen- dant le fonctionnement au ralenti avant le point mort haut d'allumage du moteur thermique. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple d'un procédé et d'un dispositif de réduction de l'émission des particules d'un moteur thermique à allumage commandé, représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre un premier diagramme de l'angle d'allumage pendant un cycle de fonctionnement d'un moteur à combustion, - la figure 2 montre un second diagramme avec l'évolution de l'émission des particules pendant le cycle de fonctionnement du véhicule automobile, - la figure 3 montre un troisième diagramme de la dépendance de l'apport calorifique à la paroi du cylindre d'un moteur thermique en fonction du centre de gravité de combustion, - la figure 4 montre un quatrième diagramme avec l'évolution de l'émission des particules pendant une alternance de charge. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre dans un premier diagramme 10 de la vitesse 13 rapportée au premier axe de temps 14 et un axe de vitesse 15 ainsi que pendant une partie d'un test de circulation selon le nouveau cycle de conduite européen (cycle NEFZ). Au cours de ce nouveau cycle de conduite européen (NEFZ) on parcourt plusieurs phases de ralenti 16 et des phases de circulation 17. Les phases de circulation commen- cent par une phase d'accélération et passent à différentes vitesses maximales. Le diagramme 10 montre en outre une courbe d'angle d'allumage 12 rapportée à l'axe de l'angle d'allumage 11 et au premier axe du temps 14. Selon l'état de la technique, on fait fonctionner les moteurs thermiques des véhicules pour que pendant la phase de ralen- ti, la courbe 12 de l'angle d'allumage prenne une valeur d'environ -4° par rapport au point mort haut d'allumage (ZOT). Le point mort haut d'allumage caractérise la position du Vilebrequin pour laquelle entre la phase de compression et la phase de travail, le piston du cylindre considéré du moteur se trouve à sa position d'inversion haute. Cette posi- tion correspond à l'angle de Vilebrequin de 0°. L'allumage pour l'angle de Vilebrequin de 0° est ainsi caractérisé comme angle d'allumage à 0°. La valeur négative de l'angle d'allumage correspond à un retard de l'instant d'allumage par rapport à l'allumage au point mort haut ; un angle d'allumage positif correspond à un allumage avant le point mort haut d'allumage. Une valeur positive de l'angle de Vilebrequin caracté- rise une position du Vilebrequin après le point mort haut d'allumage (ZOT). Pendant la phase de circulation 17, la courbe d'angle d'allumage se situe entre des valeurs comprises entre 10 et 25° d'angle d'allumage. Le but du réglage de l'angle d'allumage dans la phase de circulation 17 est d'arriver à un fonctionnement aussi économe que possible en carbu- rant pour des émissions aussi réduites que possible du moteur thermique. Par expérience, le fonctionnement est particulièrement ef- ficace et économe en carburant si la combustion déclenchée par l'allumage se déroule de façon que 50 % du carburant est brulé à l'angle de Vilebrequin égal à +8° c'est-à-dire si le centre de gravité de la combustion se situe à +8°. Le réglage de l'angle d'allumage pendant le ralenti sur une valeur de -4° correspond à une détérioration du rendement du moteur. La position du centre de gravité de la combustion est réglée par l'angle d'allumage d'une manière significativement plus en retard que +8° de façon que, si nécessaire, cela permette une augmentation très rapide du couple par le chemin de l'angle d'allumage. Pendant le ralenti une plus grande partie de l'énergie libérée par la combustion sera évacuée de manière perdue dans le système de gaz d'échappement du moteur thermique. La figure 2 montre un second diagramme 20 de la courbe de la vitesse 13, en fonction du premier axe de temps 14 et de l'axe de vitesse 15 comme à la figure 1. La courbe 12 de l'angle d'allumage correspond à la courbe 12 de la figure 1. On a représenté une première courbe de quantité de particules 22 suivant un premier axe 21 de quan- tité de particules. Pendant la phase de ralenti 16, la courbe de quantité de particules 22 présente de faibles quantités de particules. Au début de la phase de circulation 17, la courbe de quantité de particules 22 augmente fortement et pendant quelques secondes elle se situe large- ment au-dessus du niveau dans la suite de la phase de circulation 17. Les fortes quantités de particules sont générées du fait que dans cette phase de fonctionnement, les chambres de combustion du moteur sont à une température relativement basse. Le dosage supplémentaire de carburant peut alors développer un film sur la paroi des chambres de combustion et ce film ne s'évapore pas jusqu'au moment de la combus- tion. Une partie de la quantité de carburant du film de paroi est seulement évaporé pendant la combustion principale et il est alors brulé de façon diffuse. Cela se traduit par une forte émission de particules. Or, le but de l'invention est d'arriver à une température plus élevé dans la chambre de combustion pendant la phase de ralenti 16 pour qu'au dé- but de la phase de circulation 18, cela réduise l'émission de particules. La figure 3 montre un troisième diagramme 30 suivant un axe d'angle 33 et un axe d'apport de chaleur 31 pour une courbe d'apport de chaleur 32 pendant le ralenti du moteur thermique. L'axe angulaire 33 caractérise l'angle du Vilebrequin correspondant au centre de gravité de la combustion. L'axe d'apport calorifique 31 représente l'apport de chaleur dans les parois de la chambre de combustion du moteur thermique, en joules ; les valeurs négatives correspondent à un transfert de chaleur vers les parois de la chambre de combustion. Il ap- paraît que le réglage de l'avance de l'angle d'allumage augmente consi- dérablement l'apport calorifique dans les parois de chambre de combustion. Cela se traduit par une élévation de température des parois des chambres de combustion. La chambre de combustion plus chaude à l'avantage que pour une demande de charge supplémentaire, par exemple au moment d'un démarrage, cela améliore le comportement de l'émission et ainsi notamment l'émission des particules. L'explication est que le développement du film de carburant sur la paroi pendant le ralenti est évité du fait des températures plus élevées des parois de chambre de boîtier. L'évaporation et la combustion diffusent du carbu- rant du film de paroi pendant la combustion principale de sorte que l'on évite également une plus forte émission de particules. La figure 4 montre un quatrième diagramme 40 de l'évolution de l'émission de l'évolution de l'émission de particules par un moteur à combustion interne pendant un changement de charge. Pour cela on a représenté une seconde courbe de quantité de particules 42 et une troisième courbe de quantité de particules 43 par rapport au second axe de quantité de particules 41 et un second axe de temps 44. La seconde courbe de quantité de particules 42 représente l'émission des particules d'un moteur thermique en cas de varia- tion brusque à partir du ralenti ; l'angle d'allumage a été réglé dans le sens du retard selon l'état de la technique pour fournir une réserve de couple. Après le saut de charge on a une émission de particules significativement augmentée qui s'amortit seulement à mesure que progresse le mode stationnaire de la machine thermique. La troisième courbe de quantité de particules 43 repré- sente l'émission de particules ou d'un moteur thermique pour une variation brusque de charge à partir du ralenti ; l'angle d'allumage a été réglé dans le sens de l'avance pour avoir une réserve de couple, selon l'invention. Après la variation brusque de charge, il n'y a pas d'émission excessive de particules. Cela permet de réduire l'émission de particules d'un moteur thermique à allumage commandé par le réglage dans le sens de l'avance de l'angle d'allumage au cours de la phase de ralenti pour arriver à une réduction significative.35 REVENDICATIONS1°) Procédé de réduction de l'émission de particules d'un moteur thermique à allumage commandée dans la phase de fonctionnement du moteur qui suit le ralenti, procédé caractérisé en ce que pendant le ralenti on chauffe une ou plusieurs chambres de combustion du moteur thermique par le réglage dans le sens de l'avance de l'angle d'allumage avant l'angle d'allumage optimal du point de vue de l'efficacité de la combustion. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au ralenti du moteur thermique, l'angle d'allumage se situe avant le point mort haut d'allumage. 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle d'allumage est situé de 10° à 20° de préférence de l'ordre de 15° en amont de l'angle d'allumage optimum pour la combustion la plus efficace. 4°) Dispositif de réduction de l'émission de particules d'un moteur thermique à allumage commandé dans une phase de fonctionnement du moteur thermique qui suit le ralenti avec une unité de commande qui prédéfini un instant d'allumage du moteur thermique à allumage commandé, la commande réglant sélectivement l'instant d'allumage pendant le ralenti du moteur thermique, instant qui correspond à une efficacité réduite du moteur thermique, dispositif caractérisé en ce que la commande comporte un circuit ou un programme pour régler l'instant d'allumage pendant le fonctionnement au ralenti avant le point mort haut d'allumage du moteur thermique.35