Brevet FR3020837A1 — publié le 20151113

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, pour réduire sa consommation de carburant, le moteur à combustion interne com- portant une installation d'injection et une conduite de gaz d'échappement avec un catalyseur, la conduite d'échappement étant équipée d'au moins une sonde lambda pour la régulation lambda du mélange air / carburant d'alimentation. L'invention se rapporte également à une installation de commande et/ou de régulation d'un moteur à combustion interne et ainsi qu'à un moteur à combustion interne de véhicule tel que défini. Etat de la technique Dans les moteurs à combustion interne actuels (encore appelés moteurs thermiques) l'objectif de l'optimisation, notamment des moteurs à essence, réside principalement dans la réduction de la con- sommation de carburant et la réduction des émissions de matière polluantes. Les émissions de matières polluantes sont limitées par la réglementation qui tend dans le sens d'une émission aussi réduite que possible (par exemple actuellement la réglementation LEV 3 (véhicules à faible émission). Réduire les émissions de matières polluantes se traduit dans de nombreux cas de façon négative sur la consommation de carburant et vient ainsi en contradiction avec l'objectif d'optimiser la consommation de carburant. C'est ainsi que par exemple, le chauffage du catalyseur jusqu'à sa température de fonctionnement se traduit par une augmentation de la consommation de carburant. Le respect des dernières limitations d'émission suppose que le catalyseur fonctionne toujours de manière optimale ou du moins à proximité de son optimum de fonctionnement pour éviter les émis- sions de matières polluantes en aval du catalyseur en mode permanent (par exemple après la phase de chauffage du catalyseur). Dans le cas des catalyseurs à trois voies, la conversion des oxydes d'azote (NOx) dépend fortement de la charge en oxygène et du mélange air/carburant traversant le catalyseur. Pour éviter les émis- sions d'oxydes d'azote, il faut faire fonctionner le catalyseur pour que dans aucune phase si possible, il ne soit saturé complètement avec de l'oxygène comme cela peut être par exemple le cas après des phases de poussée prolongée du moteur à combustion interne. Dans une phase de poussée, la pédale d'accélérateur n'est pas actionnée, ni l'embrayage. Dans une telle phase de poussée, la commande du moteur coupe habi- tuellement l'injection pour économiser du carburant (il s'agit de ce qui est appelé « la coupure de poussée ») mais de l'air frais arrive alors dans le catalyseur. La régulation lambda (régulation du coefficient lambda) qui coopère avec la commande ou gestion du moteur règle dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne pendant son fonctionnement actif, le rapport air/carburant nécessaire au catalyseur pour optimiser la conversion des oxydes d'azote par le catalyseur. Pour cela,] la conduite des gaz d'échappement est équipée d'au moins une sonde lambda. Pour réactiver la conversion des oxydes d'azote après les phases de poussée, il faut de nouveau dégager l'oxygène du catalyseur par un mélange riche air/carburant. Ce procédé de « dégagement du catalyseur » compense au moins partiellement l'économie de carburant réalisée au préalable pendant la phase de poussée. Le but du « dégage- ment du catalyseur » est de rétablir la conversion des oxydes d'azote par le catalyseur. Ce procédé est par exemple décrit dans le document DE 102 40 833 A 1. Le dégagement du catalyseur et la remise en route de l'injection après la phase de poussée sont des opérations qui ne sont pas commandées ou régulées de manière précise pour éviter toute émis- sion d'oxydes d'azote. C'est pourquoi le mode de fonctionnement (coupure de la poussée) des moteurs à combustion interne avec allumage commandé (moteur à essence) est interdit actuellement lorsqu'ils sont certifiés pour des émissions les plus basses. Il en résulte une légère augmentation de la consommation de carburant du moteur à combus- tion interne. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a ainsi pour objet un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que pendant la phase de pous- sée du moteur à combustion interne, on neutralise le passage de l'air dans le catalyseur. L'invention se caractérise en ce que pendant la phase de poussée du moteur à combustion interne, on exploite un signal d'une sonde lambda. Par l'exploitation des signaux des sondes lambda, on conclut à l'état du catalyseur pendant la phase de poussée. L'exploitation peut par exemple servir notamment pour des phases de poussée longue, à déterminer le commencement de la saturation en oxygène du catalyseur pour commuter alors à temps en poussée avec fonctionnement du moteur. On peut par exemple observer à quel moment le rapport air/carburant dérive vers un mélange maigre. A partir de cette observation on peut alors commander l'intensité de la fonction de dégagement du catalyseur pendant les phases de poussée. Le cataly- seur pourra ainsi neutraliser de façon connue les oxydes d'azote ainsi générés. Le catalyseur est de préférence un catalyseur à trois voies maintenu en permanence à l'état prêt à fonctionner. Ainsi, selon l'invention, il n'est plus nécessaire d'activer de nouveau la conversion des oxydes d'azote dans le catalyseur après les phases de poussée. Il n'y a plus lieu de dégager l'oxygène du cataly- seur à l'aide d'un mélange riche air/carburant. On supprime ainsi la nécessité d'interdire la commutation en poussée pour des raisons d'émission. La consommation réelle du moteur à combustion interne sera abaissée malgré les concepts d'émissions les plus basses. Le moteur à combustion interne est de préférence un mo- teur à allumage commandé, notamment un moteur à essence à quatre temps avec injection de carburant et une installation de commande et/ou de régulation appropriée (par exemple une installation de gestion du moteur). Le moteur à combustion interne a, de préférence, une commande ou un fonctionnement variable des soupapes permettant à un instant donné de commander une soupape d'admission ou une soupape d'échappement ou à la fois une soupape d'admission et une soupape d'échappement pour qu'au moins pendant un cycle complet du moteur à combustion interne, aucun débit massique ne traverse la sou- pape correspondante. Cela peut se faire par exemple par un réglage variable de la course de soupape en passant par une consigne de course nulle ou encore par un réglage de la phase de l'arbre à came en réaspirant ou en refoulant la quantité d'air frais. Si, selon le procédé de l'invention, la commande ou ges- tion du moteur constate la condition pour le point de fonctionnement « coupure de la poussée » alors avant de neutraliser l'injection, on règle les soupapes d'admission et/ou d'échappement pour que l'air comburant de la conduite d'admission ne puisse plus arriver dans la conduite des gaz d'échappement. Lorsqu'on arrive dans cet état, on coupe l'injection. Le passage se fait avec une régulation active du coefficient lambda pour que les conditions les plus optimales pour la conversion des matières polluantes règnent toujours dans le catalyseur. Pour le reste, pendant toute la durée du mode de poussée on règle les soupapes d'admission et/ou d'échappement pour que l'air comburant de la con- duite d'admission n'arrive plus dans la conduite des gaz d'échappement. Selon le procédé de l'invention, dans les phases de pous- sée le catalyseur n'est plus ventilé avec de l'oxygène ce qui présente les deux avantages importants vis-à-vis de l'état de la technique : a) comme en mode de poussée, l'air comburant n'est pas aspiré traversant le catalyseur, celui-ci ne sera plus refroidi pendant les phases de poussée. Le catalyseur conserve ainsi un niveau de température plus élevé qu'après celui d'une coupure de poussée habituelle, ce qui réduit au moins la nécessité de post-chauffer le catalyseur et se traduit avan- tageusement par une économie. b) comme la veine d'air ne peut traverser le catalyseur, on évite de le saturer avec de l'oxygène ou du moins on retarde fortement cette saturation (notamment pour des phases de poussée longue). Ainsi, pendant la première combustion après le rétablissement de l'injection, il n'y aura pas d'émission brusque d'oxydes d'azote en aval du catalyseur. Le procédé de dégagement du catalyseur sera totalement évité ou du moins fortement réduit. On réduit ainsi d'autant les émissions par le moteur thermique.35 Dessins La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l'aide d'un procédé de gestion de moteur pour réduire la consommation de carburant et l'émission de matière polluante ainsi qu'un moteur à combustion interne appliquant ce procédé, représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma du dispositif d'un véhicule automobile mettant en oeuvre de procédé de l'invention, et - la figure 2 montre un ordinogramme du procédé de l'invention. lo Description de modes de réalisation La figure 1 montre schématiquement et de façon très simplifiée, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention pour réduire la consommation de carburant d'un moteur à combustion interne 1 (encore appelé moteur thermique). Le procédé selon l'invention 15 se rapporte ainsi à la phase de poussée du moteur à combustion in- terne 1. Dans la phase de poussée, par exemple dans une descente, la pédale d'accélérateur et l'embrayage du véhicule ne sont pas actionnés et on utilise uniquement l'effet de frein moteur. La figure 1 montre, côté entrée du moteur à combustion 20 interne 1, une conduite d'admission 7 équipée d'une installation d'injection 6 et en sortie du moteur à combustion interne 1, une conduite de gaz d'échappement 8 avec une sonde lambda 4 en amont d'un catalyseur 3, de préférence un catalyseur à trois voies, ainsi qu'une sonde lambda 5 en aval du catalyseur 3. En variante, l'installation 25 d'injection 6 peut équiper directement la tête de cylindre du moteur à combustion interne 1 et injecter directement le carburant dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne 1. Cette variante est également appelée injection directe d'essence (en abrégé BDI). Cette variante n'est pas représentée à la figure 1. 30 Les signaux fournis par les sondes lambda 4 et 5 sont appliqués à une installation de commande et/ou de régulation électronique 2, par exemple à l'installation de gestion du moteur. Cette installation exploite les signaux et commande de manière correspondante l'installation d'injection 6 pour fournir la composition souhaitée du mé- lange alimentant le moteur à combustion interne 1. Une application n'utilisant que l'une des sondes lambda 4 ou 5 est également possible. Le moteur à combustion interne 1 a de préférence un mode de fonctionnement variable des soupapes et il est de préférence réalisé sous la forme d'un moteur à allumage commandé, notamment un moteur à essence à quatre temps. La gestion des soupapes signifie dans ce contexte de l'invention que les instants d'ouverture et/ou de levée des soupapes d'échanges de gaz sont commandés par l'installation de commande et/ou de régulation 2. La figure 2 montre le déroulement du procédé 100 selon l'invention. Dans l'étape 110 l'installation de commande et/ ou de régulation 2 détecte la condition du point de fonctionnement « coupure de poussée ». Au point de fonctionnement « coupure de poussée », l'installation de commande et/ou de régulation 2 commute habituelle- ment pour des motifs d'économie de carburant pour couper l'injection, par exemple dans une descente. Dans l'étape de procédé 120, avant de couper l'injection, on commande néanmoins les soupapes d'admission et/ou d'échappement du moteur à combustion interne 1 pour qu'au moins pendant un cycle complet du moteur à combustion interne 1, l'air comburant ne passe pas de la conduite d'admission 7 dans la con- duite des gaz d'échappement 8. Ce n'est que lorsqu'on arrive dans cet état que l'étape de procédé 130 coupe l'injection de carburant pour l'installation d'injection 6. Le passage se fait avec une régulation active du coefficient lambda pour que les conditions optimales de conversion des matières pol- luantes règnent toujours dans le catalyseur 3. Pendant toute la durée du mode de poussée, le passage d'air comburant de la conduite d'admission 7 dans la conduite d'échappement 8 sera neutralisé par une commande appropriée des soupapes d'échange de gaz. Pendant le déroulement des étapes 110-130 et pendant toute la phase de poussée, en parallèle, dans l'étape de procédé 140 on exploite en continu le signal fourni par les sondes lambda 4 et 5. Par l'exploitation des signaux des sondes lambda, on conclut à l'état du ca- talyseur 3 pendant la phase de poussée. L'exploitation est utilisée, no- tamment pour des longues phases de poussée, pour déterminer un début de saturation d'oxygène dans le catalyseur 3, pour pouvoir commuter suffisamment à temps sur un mode de poussée avec déclenchement. On peut par exemple observer dans quelle durée le mélange air/carburant dérive vers un mélange maigre. A partir de cette observa- tion, on commande l'intensité de la fonction de dégagement de catalyseur pendant les phases de poussée. Le catalyseur peut neutraliser de façon connue les oxydes d'azote dégagés. Dans le procédé 100 selon l'invention, après la phase de poussée, il n'y a pas lieu de former un mélange riche carburant-air, pour activer de nouveau la conversion des oxydes d'azote dans le catalyseur 3. On économise ainsi du carburant car le catalyseur 3 est maintenu en permanence dans son état de fonctionnement.15 REVENDICATIONS1°) Procédé de gestion d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, pour réduire sa consommation de carburant, - le moteur à combustion interne (1) comportant une installation d'injection (6) et une conduite de gaz d'échappement (8) avec un ca- talyseur (3), - la conduite d'échappement (8) étant équipée d'au moins une sonde lambda (4, 5) pour la régulation lambda du mélange air / carburant d'alimentation, procédé caractérisé en ce que pendant la phase de poussée du moteur à combustion interne (1) on neutralise le passage de l'air dans le catalyseur (3). 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans la phase de poussée on exploite le signal d'au moins l'une des sondes lambda (4, 5). 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans la phase de poussée on neutralise la saturation en oxygène du catalyseur (3). 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu', en cas de coupure de la poussée détectée par l'installation de commande et/ou de régulation (2), on règle les soupapes d'admission et/ou les soupapes d'échappement du moteur à combustion interne (1) pour que l'air de la conduite d'admission (7) ne puisse passer dans la con- duite des gaz d'échappement (8). 5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu', on effectue une régulation lambda au passage vers la coupure de pous- sée.6°) Installation de commande et/ou de régulation (2) d'un moteur à combustion interne (1), caractérisée en ce qu'elle est programmée pour appliquer le procédé se- lon l'une quelconque des revendications 1 à 5, pour réduire sa con- sommation de carburant, - le moteur à combustion interne (1) comportant une installation d'injection (6) et une conduite de gaz d'échappement (8) avec un catalyseur (3), équipée d'au moins une sonde lambda (4, 5) pour la régulation lambda du mélange air/carburant d'alimentation, et en ce que pendant la phase de poussée du moteur à combustion interne (1) on neutralise le passage de l'air dans le catalyseur (3). 7°) Moteur à combustion interne (1) de véhicule comportant une instal- lation d'injection (6) et une conduite de gaz d'échappement (8) associée au moteur (1) avec un catalyseur (3), moteur caractérisé en ce qu'il comporte une installation de commande et/ou de régulation (2) programmée pour appliquer le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, pour réduire sa consommation de carburant, - le moteur (1) comportant une installation d'injection (6) et une con- duite de gaz d'échappement (8) avec un catalyseur (3), équipée d'au moins une sonde lambda (4, 5) pour la régulation lambda du mélange air/carburant d'alimentation, et en ce que pendant la phase de poussée du moteur à combustion interne (1) on neutralise le pas- sage de l'air dans le catalyseur (3). 8°) Moteur à combustion interne (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il a une gestion variable des soupapes. 9°) Moteur à combustion interne (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est un moteur à essence à quatre temps et allumage commandé.35