Brevet FR3062170A1 — publié le 20180727

PROCEDE D'AUTORISATION DE TRAITEMENT DE COMBUSTIONS ANORMALES DANS UN MOTEUR THERMIQUE DE VEHICULE AUTOMOBILE [0001] La présente invention porte sur un procédé d'autorisation de traitement de combustions anormales dans un moteur thermique de véhicule automobile. Par combustions anormales, il est entendu des combustions dues à des auto-inflammations d'un mélange air et essence non voulues, non maîtrisées et non prévisibles dans une chambre de combustion du moteur thermique. [0002] Le traitement de combustions anormales est fait par l'activation d'un mode de fonctionnement du moteur spécifique. Par exemple, il est connu, principalement pour un moteur thermique à essence, de maîtriser des phénomènes de combustions anormales et d'assurer une meilleure performance transitoire pour le moteur thermique par un traitement consistant en un balayage d'air dans la chambre de combustion du moteur thermique lorsqu'une combustion anormale est détectée et quand cette information est transmise à une unité de contrôle moteur. [0003] Ceci n'est pas limitatif dans le cadre de la présente invention et la présente invention peut s'appliquer à n'importe quel mode de fonctionnement modifié du moteur thermique pour le traitement de combustions anormales. [0004] Pour les moteurs à essence, lorsque le besoin d'une dynamique de couple plus importante intervient à faible régime, par exemple à un régime inférieur à 2500 tr/min, il est obtenu un gain de performance transitoire par un balayage d'air dans la chambre de combustion, ce balayage avoisinant les 10% d'air. Pour maintenir une richesse de un dans le catalyseur permettant de conserver un traitement optimal des émissions de polluants, on peut avoir recours à un enrichissement du mélange air/essence dans la chambre de combustion. [0005] Un tel balayage est connu pour des moteurs à essence suralimentés à injection directe. Le balayage entraîne des gaz frais de l'admission vers l'échappement au moment où les soupapes admission et échappement sont simultanément ouvertes, c'est-à-dire notamment en fin de phase d'échappement et en début de phase d'admission. [0006] Ce mode de fonctionnement spécifique du moteur thermique selon l'état de la technique pour le traitement de combustions anormales a plusieurs limites. On ne peut 3062170 2 dépasser un certain taux de balayage, qui se situe dans les environs de 10% d'air, limitant ainsi le gain de performance transitoire par rapport à un taux de balayage non limité. On est contraint d'avoir une richesse plus importante pour maintenir une richesse de un dans le catalyseur, ce qui entraîne une pénalité à la consommation et à l'émission de dioxyde 5 de carbone. [0007] De plus, un tel mode de fonctionnement spécifique selon l'état de la technique ne permet pas de maîtriser l'apparition de phénomènes de combustions anormales, entraînant notamment des bruits dans le moteur appelés grondements, ces phénomènes étant accentués par l'encrassement du moteur pendant toute sa durée de vie. 10 [0008] Pour éviter les problèmes évoqués précédemment, selon un état de la technique, on donne accès à un mode de fonctionnement du moteur ayant un taux de balayage non limité et une richesse maintenue à un dans la chambre de combustion, ce qui n'entraîne pas une augmentation des émissions de dioxyde de carbone ou 002. [0009] Une telle modification du mode de fonctionnement spécifique permet de protéger 15 le moteur en limitant les phénomènes de combustions anormales susceptibles de mettre en jeu l'intégrité physique du moteur, tout en garantissant un niveau de performance transitoire supérieur. [0010] Néanmoins, cela aura pour effet de dégrader la performance d'un ou plusieurs éléments de dépollution équipant la ligne d'échappement des gaz rejetés du moteur 20 thermique, notamment le catalyseur, ce qui engendre notamment des surémissions de dioxyde d'azote dans la ligne d'échappement et à la sortie de celle-ci. [0011] Le document FR-A-2 991 723 décrit un dispositif de contrôle d'ouverture et de fermeture de soupapes d'admission et d'échappement de moteur à combustion de véhicule automobile. Il est déterminé une consigne de balayage maximale admissible en 25 air en fonction d'un taux d'oxygène maximal admissible dans des gaz d'échappement, étant donné que le balayage entraîne un taux important d'oxygène dans les gaz d'échappement. [0012] Ce document divulgue donc une interdiction du balayage quand un taux d'oxygène maximal est présent dans les gaz d'échappement, ceci principalement pour 30 protéger un élément de dépollution pouvant vieillir prématurément sous fort taux d'oxygène. Par contre, ce document n'est pas relatif à l'autorisation d'un mode de fonctionnement spécifique d'un moteur thermique pour combattre des combustions 3062170 3 anormales quand la mise en oeuvre de ce mode n'altère pas la dépollution en oxydes d'azote des gaz d'échappement. [0013] D'une manière différente, le problème à la base de l'invention est de mettre en oeuvre un procédé de traitement de combustions anormales d'un moteur thermique tout en 5 respectant les normes de rejet d'oxydes d'azote par la ligne d'échappement du moteur thermique. [0014] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé d'autorisation de traitement de combustions anormales dans un moteur thermique de véhicule automobile comprenant une chambre de combustion, les combustions anormales étant 10 principalement dues à des auto-inflammations d'un mélange air et essence non voulues, non maîtrisées et non prévisibles dans ladite chambre de combustion, un mode de fonctionnement spécifique du moteur thermique étant mis en oeuvre lorsqu'une combustion anormale est détectée, caractérisé en ce que le mode de fonctionnement spécifique est autorisé tant qu'un ratio cible prédéterminé calibrable d'une masse 15 maximale d'oxydes d'azote rejetés du moteur thermique dans les gaz d'échappement par kilomètre parcouru n'est pas atteint ou est estimé ne pas être atteint dans une prochaine durée prédéterminée non écoulée ayant commencé à un début de roulage du véhicule automobile. [0015] Dans le cadre de la présente invention, il est possible d'autoriser ou de ne pas 20 autoriser l'utilisation d'un mode de fonctionnement spécifique en fonction des masses d'oxydes d'azote déjà rejetés. De plus, toujours dans le cadre de l'invention, il est possible d'extrapoler les masses d'oxydes d'azote déjà rejetés pour estimer les masses d'oxydes d'azote qui vont être prochainement rejetés, donc d'effectuer une autorisation valide sur une plus grande durée. 25 [0016] L'effet technique est de subordonner la mise en oeuvre d'un mode de fonctionnement spécifique du moteur thermique visant à combattre les combustions anormales à une émission maîtrisée d'un polluant formé d'oxydes d'azote. Ceci permet d'optimiser différentes prestations en plus de l'émission du polluant, notamment la consommation de carburant, les performances du moteur, la protection du moteur par la 30 maîtrise des phénomènes de combustion anormaux. [0017] Le procédé d'autorisation selon la présente invention consiste à se donner un niveau d'oxydes d'azote ou NOx maximal pendant un roulage du véhicule que l'on peut émettre via le mode spécifique. Pour ce faire, il est effectué des bilans d'émissions à 3062170 4 intervalles de temps réguliers pour déterminer si on dispose de suffisamment de marge pour autoriser l'utilisation du mode de fonctionnement spécifique. [0018] Le procédé d'autorisation selon la présente invention permet l'activation d'un mode de fonctionnement spécifique du moteur thermique pour le véhicule tout 5 en prévenant le risque d'apparition de phénomènes de combustion anormaux entraînant des grondements du moteur, en optimisant la consommation de carburant et en ne nécessitant pas une richesse supérieure à un dans la chambre de combustion. De plus, la performance transitoire disponible pour le véhicule est maximisée tout en garantissant le respect des normes d'émissions des NOx. Ces avantages restent compatibles des 10 réglementations en vigueur pour les moteurs à essence. [0019] Le procédé d'autorisation selon la présente invention permet notamment d'autoriser ou non l'usage d'un mode de fonctionnement spécifique mode en s'assurant que l'on reste toujours compatible des limites d'émissions réglementaires en vigueur. [0020] Avantageusement, le mode de fonctionnement spécifique consiste en un 15 balayage d'air dans ladite chambre de combustion avec une richesse maintenue à un. Une richesse supérieure n'est donc plus nécessaire d'où une économie de carburant. De plus, le mode de fonctionnement spécifique est plus efficient, étant donné que le balayage n'est plus soumis à un taux inférieur à 10% mais peut présenter un taux plus fort, avantageusement aux environs de 30%. 20 [0021] Avantageusement, des masses rejetées d'oxydes d'azote lors du fonctionnement du moteur thermique sont régulièrement calculées ou estimées en fonction de durées écoulées ou en fonction de masses de dioxyde de carbone émises, une masse d'oxydes d'azote rejetés du moteur thermique par kilomètre parcouru étant, à partir desdites masses rejetées d'oxydes d'azote, calculée et comparée au ratio cible prédéterminé, le 25 kilométrage parcouru étant calculé en fonction d'une vitesse du véhicule. [0022] Avantageusement, quand les masses rejetées d'oxydes d'azote lors du fonctionnement du moteur thermique sont régulièrement calculées ou estimées en fonction de masses de dioxyde de carbone émises, les masses de dioxyde de carbone sont estimées en fonction d'une consommation de carburant. 30 [0023] Avantageusement, les masses rejetées d'oxydes d'azote sont calculées ou estimées pour chaque sous-fenêtre d'une fenêtre glissante comprenant un premier nombre n calibrable de sous-fenêtres, une masse totale d'oxydes d'azote Mgi étant 3062170 5 calculée pour la fenêtre glissante i en fonction du total des masses d'oxydes d'azote des sous-fenêtres précédentes, mB, étant la masse d'oxydes d'azote émise pour la sous-fenêtre j, selon l'équation suivante: MB i MB] j=i-n+1 avec, soit une distance D, parcourue pendant la fenêtre glissante se terminant par la sous- 5 fenêtre i, il est défini une masse totale d'oxydes d'azote MD1 sur la distance parcourue D, selon l'équation : MB. MD = i Di [0024] Avantageusement, la masse totale d'oxydes d'azote par kilomètre parcouru depuis le début du roulage du véhicule automobile est calculée selon une moyenne pondérée des émissions de chaque fenêtre parcourue depuis le début du roulage: Ek WkMdk Ek Wk 10 wk étant un facteur de pondération pour la fenêtre k et Mdk étant la masse d'oxydes d'azote par kilomètre rejetés pour la fenêtre k, et quand cette masse totale d'oxydes d'azote par kilomètre parcouru est inférieure au ratio cible prédéterminé, le mode de fonctionnement spécifique est autorisé au moins pour la sous-fenêtre en cours suivant la dernière sous-fenêtre complète de la dernière fenêtre glissante. 15 [0025] Avantageusement, le mode de fonctionnement spécifique s'effectue pour un deuxième nombre N prédéterminé de fenêtres glissantes, le deuxième nombre N étant inférieur ou égal au premier nombre n calibrable de sous-fenêtres, la masse totale d'oxydes d'azote par kilomètre pendant les fenêtres glissantes étant égale à: vi+N ,', r Eik.1wkmdk vvkividk vi+N ," Eki Wk ' vvk [0026] Avantageusement, le mode de fonctionnement spécifique s'effectue pour le 20 deuxième nombre de fenêtres glissantes tant que la masse totale d'oxydes d'azote par 3062170 6 kilomètre pendant les fenêtres glissantes est inférieure au ratio cible prédéterminé CNOx additionné d'un décalage Offset selon l'inégalité : Ei k=1 WkMdk -1- Lik=i+i vvkividk CNOx + Offset [0027] Avantageusement, le décalage correspond à une quantité moyenne d'oxydes d'azote NOx par kilomètre estimée lors d'une activation du mode de fonctionnement 5 spécifique. [0028] Avantageusement, le facteur de pondération wk est pris égal à 1 et il est défini deux grandeurs A et B comme étant égales respectivement à: Eki =1 Wk ' Z-Jk=i+1vvk i+N ," A= B =Eik=iWk Mdk et quand les deux grandeurs sont introduites dans l'inégalité, on obtient: B +Eik+-Airdk A + N . Par exemple, ce ratio cible prédéterminé peut être de 20mg/km. [0049] Ainsi, le procédé d'autorisation peut consister à estimer si on a le droit d'utiliser le mode spécifique sur la sous-fenêtre i+1 à partir du bilan qui aura été fait jusqu'à la dernière sous-fenêtre complète sfi i référencée Sfi. 20 [0050] Le mode de fonctionnement spécifique s'effectue pour un deuxième nombre N prédéterminé de fenêtres glissantes F gliss. Le deuxième nombre N peut être inférieur ou MDi 3062170 11 égal au premier nombre n calibrable de sous-fenêtres. La masse totale d'oxydes d'azote par kilomètre pendant les fenêtres glissantes F gliss est égale à: vi+N ,A, r Eik.1wkmdk vvkividk viN Eki =1 Wk Lik +=i+1 Wk [0051] En première approche, on peut considérer que, pour autoriser le mode de fonctionnement spécifique, il faut être sous le seuil CNox au terme de la sous-fenêtre i+1. 5 Néanmoins, les émissions de NOx qui interviendraient à la sous-fenêtre i+1 compteront aussi pour les N prochaines fenêtres glissantes F gliss, N étant le deuxième nombre. Il faut donc s'assurer que l'inégalité reste vraie sur les N prochaines fenêtres. [0052] Le deuxième nombre N peut être inférieur ou égal premier nombre n. Le choix du deuxième nombre N est un compromis entre la sécurisation du bilan de rejet d'oxydes 10 d'azote global et du taux de disponibilité du mode de fonctionnement spécifique. [0053] La figure 2, en se référant aussi à la figure 1 pour les références manquantes à cette figure, montre une sous-fenêtre glissante F gliss pendant laquelle une masse totale d'oxydes d'azote MB i a été évacuée du moteur thermique et étant la somme des masses d'oxydes d'azote des sous-fenêtres de la fenêtre glissante F gliss. 15 [0054] A la figure 2, la masse de NOx mB, pendant la sous-fenêtre i est référencée. En fonction de cette masse totale MB,, il est pris une décision quant à l'autorisation du mode de fonctionnement spécifique au moins pour la sous-fenêtre à venir pour laquelle une masse ma+, est estimée. [0055] En se référant à la figure 3 tout en se référant à la figure 1 pour les références 20 manquantes à cette figure, le mode de fonctionnement spécifique peut s'effectuer pour le deuxième nombre N de fenêtres glissantes F gliss tant que la masse totale d'oxydes d'azote par kilomètre pendant les fenêtres glissantes F gliss est inférieure au ratio cible prédéterminé CNOx additionné d'un décalage Offset selon l'inégalité : vi+N ,A, r Eki =1 WkMdk Lik=i+l vvkividk CNOx + Offset + viN Eki =1 Wk _L Lik=i+1 Wk [0056] Le décalage Offset peut correspondre à une quantité moyenne d'oxydes d'azote 25 NOx par kilomètre estimée lors d'une activation du mode de fonctionnement spécifique. Le 3062170 12 décalage Offset représente donc une marge que l'on se donne qui correspond à la quantité moyenne de NOx que l'on estime émettre lors d'une activation du mode de fonctionnement spécifique. En analogie avec la sélection du deuxième nombre N, le choix du décalage est un compromis entre la sécurisation des émissions et le taux de 5 disponibilité du mode de fonctionnement spécifique. [0057] Le facteur de pondération wk peut prendre diverses valeurs pour minorer l'influence de fenêtres glissantes F gliss n'étant pas représentatives du roulage et renforcer la pondération d'autres fenêtres glissantes F gliss. [0058] Le facteur de pondération wk peut par exemple être pris égal à 1. Pour un facteur 10 de pondération wk égal à 1 ou à une autre valeur, il peut aussi être défini deux grandeurs A et B comme étant égales respectivement à: A= B = Eik=iwk Mdk [0059] En introduisant les deux grandeurs A et B dans l'inégalité précédemment mentionnée, on obtient: B +Eik+-Air-kiMdk REVENDICATIONS: 1. Procédé d'autorisation de traitement de combustions anormales dans un moteur thermique de véhicule automobile comprenant une chambre de combustion, les combustions anormales étant principalement dues à des auto-inflammations d'un mélange air et essence non voulues, non maîtrisées et non prévisibles dans ladite chambre de combustion, un mode de fonctionnement spécifique du moteur thermique étant mis en oeuvre lorsqu'une combustion anormale est détectée, caractérisé en ce que le mode de fonctionnement spécifique est autorisé tant qu'un ratio cible prédéterminé calibrable d'une masse maximale d'oxydes d'azote rejetés du moteur thermique dans les gaz d'échappement par kilomètre parcouru n'est pas atteint ou est estimé ne pas être atteint dans une prochaine durée prédéterminée non écoulée ayant commencé à un début de roulage du véhicule automobile. 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le mode de fonctionnement spécifique consiste en un balayage d'air dans ladite chambre de combustion avec une richesse maintenue à un. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel des masses rejetées d'oxydes d'azote lors du fonctionnement du moteur thermique sont régulièrement calculées ou estimées en fonction de durées écoulées ou en fonction de masses de dioxyde de carbone émises, une masse d'oxydes d'azote rejetés du moteur thermique par kilomètre parcouru étant, à partir desdites masses rejetées d'oxydes d'azote, calculée et comparée au ratio cible prédéterminé, le kilométrage parcouru étant calculé en fonction d'une vitesse du véhicule. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel, quand les masses rejetées d'oxydes d'azote lors du fonctionnement du moteur thermique sont régulièrement calculées ou estimées en fonction de masses de dioxyde de carbone émises, les masses de dioxyde de carbone sont estimées en fonction d'une consommation de carburant. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel les masses rejetées d'oxydes d'azote sont calculées ou estimées pour chaque sous-fenêtre d'une fenêtre glissante (F gliss) comprenant un premier nombre n calibrable de sous-fenêtres, une masse totale d'oxydes d'azote Ma étant calculée pour la fenêtre glissante (F gliss) en fonction du total des masses d'oxydes d'azote des sous-fenêtres précédentes, mB, étant la masse d'oxydes d'azote émise pour la sous-fenêtre j, selon l'équation suivante: 3062170 15 MBi MBi j=i-n+1 avec, soit une distance D, parcourue pendant la fenêtre glissante (F gliss) se terminant par la sous-fenêtre i (sfi), il est défini une masse totale d'oxydes d'azote MD1 sur la distance parcourue D, selon l'équation : MBi M =D i Di 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la masse totale d'oxydes d'azote par 5 kilomètre parcouru depuis le début du roulage du véhicule automobile est calculée selon une moyenne pondérée des émissions de chaque fenêtre parcourue depuis le début du roulage: Ek WkMdk Ek Wk wk étant un facteur de pondération pour la fenêtre k et Mdk étant la masse d'oxydes d'azote par kilomètre rejetés pour la fenêtre k, et quand cette masse totale d'oxydes 10 d'azote par kilomètre parcouru est inférieure au ratio cible prédéterminé, le mode de fonctionnement spécifique est autorisé au moins pour la sous-fenêtre en cours (sfi+1) suivant la dernière sous-fenêtre complète (sfi) de la dernière fenêtre glissante (F gliss). 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le mode de fonctionnement spécifique s'effectue pour un deuxième nombre (N) prédéterminé de fenêtres glissantes (F gliss), 15 le deuxième nombre (N) étant inférieur ou égal au premier nombre n calibrable de sous-fenêtres, la masse totale d'oxydes d'azote par kilomètre pendant les fenêtres glissantes (F gliss) étant égale à : Ek=1wkmd +Ei+N k k=i-FiWkMdk wk+E" k=t+i wk 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le mode de fonctionnement spécifique 20 s'effectue pour le deuxième nombre (N) de fenêtres glissantes (F gliss) tant que la masse totale d'oxydes d'azote par kilomètre pendant les fenêtres glissantes (F gliss) 3062170 16 est inférieure au ratio cible prédéterminé CNOx additionné d'un décalage Offset selon l'inégalité : i_vi+N ,A, r Eki WkMdk Lik=i+i vvicividk CNOx + Offset viN Eki =1 Wk ' _L t' Wk 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le décalage correspond à une quantité moyenne d'oxydes d'azote par kilomètre estimée lors d'une activation du mode de 5 fonctionnement spécifique. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le facteur de pondération Wk est pris égal à 1 et il est défini deux grandeurs A et B comme étant égales respectivement à: A= 1Wk k=1 B = Eik=i Wk Mdk 10 et quand les deux grandeurs sont introduites dans l'inégalité, on obtient: B Eik+-Air + Mdk CNOx + Offset A + N ou en développant avec Mdk = IMBki Dk i+N MBk CNOx X (A N)-B +Offset k=i+1 puis en estimant des distances des futures fenêtres glissantes (F gliss) Dk donnant pour toute fenêtre k compris entre i+1 et i+N : Dk x f(vi) Où v, est la vitesse moyenne de la fenêtre glissante (F gliss) se terminant par la sous- 15 fenêtre i (sfi) et D, la distance pour la sous-fenêtre i (sfi), d'où on obtient : i+N x Di x f(vi)+ Offset mrik (CNox x + N)- B) Dk k=i+1 3062170 17 dans lequel il est appliqué une projection sur le deuxième nombre (N) des prochaines fenêtres pour le calcul de la masse totale d'oxydes d'azote ma+, pour la sous-fenêtre i+1: (A + N) - B) x Di X f (vi) E7),(1 (cNox x (-p mi3;) - Offset ma+, étant la masse totale d'oxydes d'azote pour la sous-fenêtre i+1, le mode de 5 fonctionnement spécifique étant autorisé au moins sur la prochaine sous-fenêtre si l'inégalité est vérifiée.