Brevet FR3151633A1 — publié le 20250131

Ce procédé de commande d’un moteur (10) à combustion interne à allumage commandé de véhicule automobile muni d’un système de calage variable (50, 52) des soupapes et d’un système de dépollution (40) des espèces polluantes comprenant au moins un catalyseur (42a) trois voies, comprend les étapes successives suivantes : coupure de l’injection de carburant lorsque l’on détecte une phase de lever de pied et maintien de cette coupure jusqu’à une étape ultérieure de reprise de l’injection, croisement des soupapes d’admission (51) et d’échappement (53), décroisement des soupapes d’admission (51) et d’échappement (53) réalisé lorsque l’on détecte soit une demande de couple qui n’est pas nulle, soit un régime de réinjection prédéterminé, soit un débrayage du moteur, reprise de l’injection. Figure pour l’abrégé : [Fig 1] Système et procédé de commande d’un moteur à combustion interne en phase de lever de pied L’invention a pour domaine technique la commande des moteurs à combustion interne à allumage commandé, et plus particulièrement, la commande de tels moteurs en vue de réduire l’émission d’espèces polluantes. Techniques antérieures Les véhicules automobiles munis d’un moteur à combustion interne à allumage commandé (du type fonctionnant notamment à l’essence) sont munis d’un système de post-traitement des espèces polluantes comprises dans les gaz d’échappement afin de satisfaire aux normes antipollution. Le système de post-traitement comprend généralement un catalyseur à trois voies qui est apte à oxyder les hydrocarbures imbrûlés (HC) et le monoxyde de carbone (CO), et à réduire les oxydes d’azote (NOx). Les moteurs à allumage commandé fonctionnent sensiblement à richesse 1 (c’est-à-dire avec un mélange air-carburant dans les proportions stœchiométriques), les quantités de carburant injectées dans le moteur étant généralement ajustées pour que la richesse soit réglée en boucle fermée autour de la valeur 1. Cependant, pour que l’efficacité de traitement des différentes espèces polluantes soit optimale, il est aussi connu d’ajuster les quantités de carburant injectées dans le moteur de manière à régler la quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur, dite aussi OS (acronyme anglais pour : Oxygen Storage), sur une valeur de consigne. Cette valeur de consigne est une valeur prédéterminée qui est strictement comprise entre zéro et la capacité maximale de stockage en oxygène du catalyseur, dite aussi OSC (acronyme anglais pour : Oxygen Storage Capacity). Cette valeur prédéterminée est à la fois suffisamment éloignée de zéro pour permettre une oxydation suffisante des HC et CO, et suffisamment éloignée de la valeur d’OSC pour permettre une réduction suffisante des NOx. Elle peut être choisie de manière expérimentale et dépend d’une pluralité de paramètres comprenant au moins le débit des gaz de combustion traversant le catalyseur et la température du catalyseur. On se référera notamment à la publication FR-A1-310110 qui divulgue un tel procédé de réglage de la quantité d’oxygène OS stockée sur une valeur de consigne qui est déterminée en fonction du débit des gaz de combustion traversant le catalyseur et de la température du catalyseur. D’une manière générale, plus la quantité d’oxygène OS réellement présente dans le catalyseur se rapproche de zéro, plus l’efficacité d’oxydation des HC et CO diminue. A l’inverse, plus quantité d’oxygène OS se rapproche de l’OSC, plus l’efficacité de réduction des NOx diminue. Lors de certaines situations de conduite, par exemple lors d’un changement de rapport d’une boîte de vitesse ou d’une phase dite de lever de pied pendant laquelle le conducteur lève complètement le pied de la pédale d’accélérateur, l’injection de carburant est coupée automatiquement pour diminuer la consommation de carburant et de l’air est envoyé dans le système de post-traitement. La quantité d’oxygène stocké dans le catalyseur augmente alors, par exemple jusqu’à l’OSC, et des espèces polluantes, plus particulièrement les NOx, ne sont plus traitées efficacement dès lors que l’on réinjecte de nouveau du carburant. Lors de la reprise de l’injection de carburant, alors que la quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur a atteint l’OSC signifiant que le catalyseur est saturé en oxygène, une stratégie de purge ou de baisse de charge d’oxygène du catalyseur est généralement effectuée. La stratégie de purge du catalyseur comprend une augmentation de la richesse du mélange air-carburant injecté jusqu’à une richesse supérieure à 1, c’est-à-dire une augmentation de la proportion de carburant dans le mélange air-carburant injecté de sorte que la proportion de carburant est supérieure à celle présente dans le mélange air-carburant stœchiométrique, de manière à diminuer rapidement la quantité d’oxygène stockée dans le catalyseur. Cependant, la stratégie de purge du catalyseur augmente considérablement la consommation en carburant du véhicule et les émissions de CO 2 . Il existe plusieurs solutions pour limiter le débit d’air amené à l’échappement dans les phases de coupure de l’injection de carburant, de manière à limiter la saturation en oxygène du catalyseur. Par exemple, il est possible de fermer le boîtier-papillon à l’admission pour restreindre mécaniquement le débit d’air aspiré à l’admission et partant le débit d’air amené à l’échappement. Outre un gain généralement limité, il en résulte une baisse de la pression du collecteur d’admission qui peut engendrer une hausse de la consommation d’huile. Par exemple, en cas d’une demande nulle de couple, ce qui est le cas d’un lever de pied, il est possible de débrayer le moteur de la transmission et de le faire fonctionner au ralenti, voire de le couper. Cependant, ce type de solution est incompatible avec des boîtes de vitesses mécaniques, car il requiert un système de transmission automatique ou à minima un embrayage piloté. Le document FR-A1-3120253 décrit un procédé de contrôle d’un moteur à allumage commandé ayant pour objectif de ne pas saturer en oxygène un catalyseur monté à l’échappement, lorsqu’il n’y a pas de demande de couple, typiquement dans une phase de lever de pied. Selon ce document, on diminue la masse d’air admise par le moteur soit en recirculant à l’admission des gaz d’échappement par un circuit de recirculation de type EGR (ou « Exhaust Gas Recycling » en anglais), soit en utilisant un système de calage variable des soupapes, et on injecte du carburant après la combustion de manière à augmenter la richesse sans brûler le carburant dans le cylindre c’est-à-dire sans produire de couple. Cependant, une telle injection de carburant augmente la consommation et les émissions de CO 2 du véhicule. De plus, l’injection tardive de carburant conduit à générer une réaction exothermique dans le catalyseur, susceptible de l’endommager. L’invention a pour objectif d’éliminer les pics d’émissions de NOx lors d’une phase d’accélération suivant une phase de lever de pied avec un procédé de commande du moteur optimisé lors de la phase de lever de pédale d’accélérateur permettant d’éviter la saturation en oxygène du système de dépollution tout en éliminant les problèmes de consommation de carburant et de détérioration de catalyseur exposés précédemment. L’invention a pour objet un procédé de commande d’un moteur à combustion interne à allumage commandé de véhicule automobile muni d’un système de calage variable des soupapes et d’un système de dépollution des espèces polluantes comprenant au moins un catalyseur trois voies. Le procédé comprend des étapes successives de : coupure de l’injection de carburant lorsque l’on détecte une phase de lever de pied et maintien de cette coupure jusqu’à une étape ultérieure de reprise de l’injection, croisement des soupapes d’admission et d’échappement, décroisement des soupapes d’admission et d’échappement réalisé lorsque l’on détecte soit une demande de couple qui n’est pas nulle, soit un régime de réinjection prédéterminé, soit un débrayage du moteur, et reprise de l’injection. Avantageusement, l’étape de reprise de l’injection est réalisée lorsqu’un débit d’air frais admis dans le moteur dépasse une valeur prédéterminée de manière à éviter les ratés de combustion. De préférence, on attribue à l’étape de décroisement, à une consigne de couple une valeur nulle que l’on maintient tant que l’injection n’a pas repris. Selon une caractéristique avantageuse, à partir de la reprise d’injection on fait converger la valeur de la consigne de couple vers la valeur d’une demande de couple du conducteur. Par exemple, la convergence est réalisée à l’aide d’un filtre ou d’une rampe temporelle. Selon une autre caractéristique, le croisement des soupapes d’admission et d’échappement par cycle du moteur a une durée allant de 40 °Vil à 120 °Vil. Selon un autre aspect, l’invention a pour objet un système de commande d’un moteur à combustion interne à allumage commandé de véhicule automobile muni d’un système de calage des soupapes et d’un système de dépollution des espèces polluantes comprenant au moins un catalyseur trois voies, comprenant une unité électronique de commande et configuré pour la mise en œuvre d’un procédé de commande tel que décrit ci-dessus. Selon un autre aspect, l’invention a pour objet un moteur à combustion interne à allumage commandé comprenant un système de calage des soupapes et un système de dépollution des espèces polluantes comprenant au moins un catalyseur trois voies, le moteur étant muni d’un système de commande configuré pour la mise en œuvre d’un procédé de commande tel que décrit ci-dessus. Selon un autre aspect, l’invention a pour objet un véhicule automobile équipé d’un moteur tel que décrit ci-dessus. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : illustre, de manière schématique, la structure d’un moteur à combustion interne d’un véhicule automobile équipé d’un système de commande du moteur selon l’invention ; illustre un organigramme d’un procédé de commande du moteur de la selon l’invention ; et illustre l’évolution dans le temps de différents paramètres d’un moteur commandé par un procédé de commande selon l’invention. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation Dans l’exemple illustré sur la , le moteur à combustion interne 10 est du type à allumage commandé et comprend, de manière non limitative, trois cylindres 12 en ligne, un collecteur d’admission d’air frais 14, un collecteur d’échappement 16 et un système de turbo-compression ou turbocompresseur 18. Les cylindres 12 sont alimentés en air par l’intermédiaire du collecteur d’admission 14, ou répartiteur, lui-même alimenté par une conduite 20 pourvue d’un filtre à air 22 et d’un compresseur 18a du turbocompresseur 18 du moteur 10. Le turbocompresseur 18 comporte essentiellement une turbine 18b entraînée par les gaz d’échappement et le compresseur 18a, monté sur le même arbre que la turbine 18b, et assurant une compression de l’air distribué par le filtre à air 22 ou boîte à air, dans le but d’augmenter la quantité (débit massique) d’air admise dans les cylindres 12 du moteur 10 pour un débit volumique identique. Le moteur à combustion interne 10 comprend un circuit d’admission Ca et un circuit d’échappement Ce. Le circuit d’admission Ca comprend, d’amont en aval dans le sens de circulation de l’air : - le filtre à air 22; - un débitmètre 26 disposé dans la conduite d’admission 20 en aval du filtre à air 22 pour mesurer la valeur réelle du débit massique d’air entrant dans le moteur 10 ; - une vanne d’admission d’air 9 ; - le compresseur 18a du turbocompresseur 18 ; - un boîtier papillon 30 ou une vanne d’admission des gaz dans le moteur ; - un échangeur thermique 32 configuré pour refroidir les gaz d’admission correspondant à un mélange d’air frais et de gaz recirculés après leur compression dans le compresseur 18a ; -des capteurs de pression et température 33 pour mesurer la pression et la température dans le collecteur d’admission 14 ; et - le collecteur d’admission 14. Le compresseur est associé à un circuit de contournement équipé d’une vanne de décharge à l’admission 39 qui s’ouvre en cas de fermeture brutale du boîtier papillon 30, pour éviter que l’air comprimé, se trouvant entre le compresseur 18a et le boîtier papillon 30, ne traverse le compresseur 18a à l’envers et ne le dégrade, lorsque par exemple, le conducteur du véhicule lève brutalement le pied de la pédale d’accélération. Le circuit d’échappement Ce comprend, d’amont en aval dans le sens de circulation des gaz brûlés : - le collecteur d’échappement 16 ; - la turbine 18b du turbocompresseur 18 ; et - un système 40 de dépollution des gaz de combustion du moteur, comprenant notamment un catalyseur trois voies. En ce qui concerne le collecteur d’échappement 16, celui-ci récupère les gaz d’échappement issus de la combustion et évacue ces derniers vers l’extérieur, par l’intermédiaire d’un conduit d’échappement des gaz 34 débouchant à l’entrée de la turbine 18b du turbocompresseur 18 et par une ligne d’échappement 36 montée en aval de la turbine 18b. Le moteur 10 comprend en outre un circuit de recirculation partielle 38 des gaz d’échappement à l’admission, dit circuit « EGR » ou « exhaust gas recirculation » en anglais. Le moteur 10 peut ne pas être doté de circuit EGR, sans pour autant sortir du cadre de l’invention. Ce circuit 38 est ici de manière non limitative un circuit de recirculation des gaz d’échappement à basse pression. Il est raccordé à la ligne d’échappement 36, en un point situé en aval de ladite turbine 18b, et notamment en aval du système de dépollution des gaz et renvoie les gaz d’échappement vers la conduite 20 d’alimentation en air frais, en amont du compresseur 18a du turbocompresseur 18, notamment en aval du débitmètre 26. Le débitmètre 26 ne mesure que le débit d’air frais seul. Tel qu’illustré, ce circuit 38 de recirculation comprend, dans le sens de circulation des gaz recyclés, un refroidisseur 38a, un filtre 38b, et une vanne 38c configurée pour réguler le débit des gaz d’échappement à basse pression. La vanne 38c est disposée en aval du refroidisseur 38a et du filtre 38b et en amont du compresseur 18a. Le système 40 de dépollution des gaz de combustion du moteur comprend un premier dispositif de post-traitement 42 comprenant au moins un catalyseur 42a trois voies qui peut être chauffé électriquement, avec au moins une première sonde à oxygène 43a montée en amont du premier dispositif de post-traitement 42. La première sonde à oxygène amont 43a sert généralement à réguler en boucle fermée la valeur de la richesse du mélange air-carburant dans le moteur autour d’une valeur de consigne, par exemple la valeur 1 correspondant à un mélange air-carburant dans les proportions stœchiométriques. En outre, une deuxième sonde à oxygène 43b optionnelle, par exemple de type binaire ou proportionnelle peut être montée en aval du premier dispositif de post-traitement 42 de manière à pouvoir corriger la valeur de consigne de la boucle de régulation de richesse, notamment dans le but d’ajuster la quantité d’oxygène stockée à l’intérieur du catalyseur 42a. Le système 40 de dépollution des gaz comprend en outre un deuxième dispositif de post-traitement 44 qui est ici un filtre à particules fines. Le système 40 peut encore comprendre une troisième sonde à oxygène 43c, par exemple de type binaire, montée en aval du deuxième dispositif 44, par exemple à des fins de diagnostic. Le moteur 10 comprend également un système de calage variable 50 des soupapes d’admission 51 du moteur et éventuellement en outre un système de calage variable 52 des soupapes d’échappement 53 du moteur. Le système de calage variable 50 des soupapes d’admission est équipé d’un capteur 54 qui permet de connaître à chaque instant sa position angulaire, qui correspond à des instants déterminés d’ouverture et de fermeture des soupapes d’admission 51 dans le cycle de combustion du moteur (ces instants étant généralement mesurés en degrés de vilebrequin, notés °Vil, par rapport à une position de point mort haut). Le système de calage variable 52 des soupapes d’échappement, s’il est présent, est aussi équipé d’un capteur 55 qui permet de connaître à chaque instant sa position angulaire, qui correspond aussi à des instants déterminés d’ouverture et de fermeture des soupapes d’échappement 53 dans le cycle de combustion du moteur. Le moteur est associé à un circuit de carburant comprenant, par exemple, des injecteurs de carburant (non référencés) injectant de l’essence directement dans chaque cylindre à partir d’un réservoir à carburant (non représenté). Par ailleurs, le moteur est équipé d’un système de commande 60 comprenant une unité électronique de commande 61 configurée pour commander les différents éléments du moteur à combustion interne à partir de données recueillies par des capteurs à différents endroits du moteur. L’unité électronique de commande 61 comporte un module de calcul 62, un module de mesure 63 et un module de commande 64. La illustre un organigramme d’un procédé de commande selon l’invention. Le procédé commence par une étape 65 préalable de détection d’une phase de lever de pied, correspondant à une période pendant laquelle le conducteur n’appuie pas sur la pédale d’accélération. Lors d’une phase de lever de pied, la demande de couple moteur est nulle. Le procédé se poursuit par une étape 66 de coupure de l’injection de carburant. La coupure de l’injection est maintenue jusqu’à une étape ultérieure 69 de reprise de l’injection. Lors de l’étape 67 de croisement suivante, l’unité électronique de commande 61 commande le système de calage variable 50, 52 pour réaliser une phase de croisement des soupapes d’admission 51 et d’échappement 53, c’est-à-dire une phase pendant le temps d’admission pendant lequel les soupapes d’admission 51 et les soupapes d’échappement 52 sont ouvertes en même temps. En combinant ainsi les consignes des positions des déphaseurs d’arbres à cames il est possible de limiter le débit d’air frais admis dans le moteur et refoulé à l’échappement. De ce fait, on limite l’apport d’oxygène au catalyseur 42a en phase de lever de pied et on maîtrise mieux la saturation en oxygène et la capacité à traiter les NOx lors de la réinjection suivante. Il est à noter que si le moteur 10 n’est équipé que d’un système de calage variable des soupapes à l’admission 50, la phase de croisement est réalisée par le seul décalage des soupapes d’admission 51, sans variation du calage des soupapes d’échappement 53. Par exemple, on peut réduire la masse d’air admise dans les chambres de combustion via un cycle de Miller ou un cycle de Atkinson. Les cycles de Miller ou de Atkinson prévoient la fermeture respectivement précoce ou tardive des soupapes d’admission par rapport au point mort bas. Dans les deux cas, on limite les pertes par pompage du moteur et on améliore la consommation de carburant du moteur. De préférence, le croisement des soupapes d’admission 51 et d’échappement 53 par cycle du moteur a une durée allant de 40 °Vil à 120 °Vil. La phase de croisement est maintenue jusqu’à une étape 68 de décroisement qui est réalisée lorsque le système de commande détecte soit une demande de couple qui n’est pas nulle, soit un régime de réinjection, soit un débrayage du moteur. La détection du régime de réinjection ou régime de « ré-attelage » consiste à détecter un régime prédéterminé à partir duquel on souhaite réaliser la réinjection. La valeur du régime prédéterminé dépend notamment du rapport de boîte de vitesses engagé, de la température du moteur et de l’altitude. Il est également possible d’anticiper le décroisement des soupapes en surveillant l’approche du régime de réinjection. Ainsi, en considérant la valeur instantanée et la vitesse de décroissance du régime courant du moteur, il est possible de commander le décroisement des soupapes, de manière que les soupapes atteignent une position permettant d’avoir suffisamment d’air admis dans la chambre de combustion pour éviter les ratés de combustion au moment où le moteur atteint le régime de réinjection prédéterminé. Le débrayage du moteur est détecté lorsque le moteur est désaccouplé de la transmission pour engager un autre rapport de la boîte de vitesses ou pour marquer l’arrêt du véhicule. En cas de débrayage du moteur, on commande le décroisement des soupapes, de manière que les soupapes atteignent une position permettant d’avoir suffisamment d’air admis dans la chambre de combustion pour éviter les ratés de combustion au moment où on effectue la reprise de l’injection. La détection d’une demande de couple qui n’est pas nulle consiste à détecter la demande de couple du conducteur émise par un appui sur une pédale d’accélérateur ou par le réenclenchement d’un régulateur de vitesse. Dès qu’une demande de couple non nulle est ainsi détectée, on commande le décroisement des soupapes, de manière que les soupapes atteignent une position permettant d’avoir suffisamment d’air admis dans la chambre de combustion pour éviter les ratés de combustion au moment où on effectue la reprise de l’injection. Afin de s’assurer que le moteur est en mesure de produire du couple sans ratés de combustion, on procède à une temporisation de la demande de couple. Ainsi on attribue à une consigne de couple une valeur nulle que l’on maintient tant que l’injection n’a pas repris. Le procédé se poursuit par une étape 69 de reprise de l’injection réalisée lorsqu’un débit d’air frais admis dans le moteur dépasse une valeur prédéterminée de manière à éviter les ratés de combustion. Une telle étape permet de garantir que le carburant injecté brûle correctement dans la chambre de combustion. A partir de la reprise d’injection on fait converger la valeur de la consigne de couple vers la valeur d’une demande de couple du conducteur. De préférence, la convergence est réalisée à l’aide d’un filtre ou d’une rampe temporelle. Ainsi, le couple demandé par le conducteur est filtré selon un gradient de couple maximal, c’est-à-dire une dérivée temporelle maximale du couple. Ce filtrage permet d’éviter que la consigne de couple ne se traduise par un à-coup ressenti par le conducteur au moment de la reprise de couple. La illustre l’évolution dans le temps de différents paramètres d’un moteur 10 commandé par un procédé de commande selon l’invention. La courbe 70 illustre la demande de couple du conducteur. La zone référencée 71 correspond à une phase de lever de pied où la demande de couple du conducteur est nulle. Lorsque la phase de lever de pied 71 est initiée, on commande la coupure de l’injection 72, suivie du croisement des soupapes 73, ce qui a pour conséquence une baisse significative du débit d’air admis 74 dans le moteur, notamment en dessous d’une valeur de débit d’air admis minimal 75 qui permet d’éviter les ratés de combustion. Lorsque la phase de lever de pied 71 atteint sa fin, on commande le décroisement des soupapes (fin du croisement des soupapes 73) et on attribue en même temps à une consigne de couple 76 une valeur nulle, que l’on maintient tant que l’injection n’a pas repris. L’injection reprend (fin de la coupure de l’injection 72) au moment où le débit d’air admis 74 dépasse la valeur minimale 75, de manière à éviter les ratés de combustion. A partir de ce même moment, on fait converger la valeur de la consigne 76 vers la valeur de la demande de couple du conducteur 70. Procédé de commande d’un moteur (10) à combustion interne à allumage commandé de véhicule automobile muni d’un système de calage variable (50, 52) des soupapes et d’un système de dépollution (40) des espèces polluantes comprenant au moins un catalyseur (42a) trois voies, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend des étapes successives de : coupure de l’injection de carburant lorsque l’on détecte une phase de lever de pied et maintien de cette coupure jusqu’à une étape ultérieure de reprise de l’injection, croisement des soupapes d’admission (51) et d’échappement (53), décroisement des soupapes d’admission (51) et d’échappement (53) réalisé lorsque l’on détecte soit une demande de couple qui n’est pas nulle, soit un régime de réinjection prédéterminé, soit un débrayage du moteur, et reprise de l’injection. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape de reprise de l’injection est réalisée lorsqu’un débit d’air frais admis dans le moteur (10) dépasse une valeur prédéterminée de manière à éviter les ratés de combustion. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on attribue à l’étape de décroisement, à une consigne de couple une valeur nulle que l’on maintient tant que l’injection n’a pas repris. Procédé selon la revendication 3, dans lequel à partir de la reprise d’injection on fait converger la valeur de la consigne de couple vers la valeur d’une demande de couple du conducteur. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la convergence est réalisée à l’aide d’un filtre ou d’une rampe temporelle. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le croisement des soupapes d’admission (51) et d’échappement (53) par cycle du moteur a une durée allant de 40 °Vil à 120 °Vil. Système de commande (60) d’un moteur (10) à combustion interne à allumage commandé de véhicule automobile muni d’un système de calage (50, 52) des soupapes et d’un système de dépollution (40) des espèces polluantes comprenant au moins un catalyseur (42a) trois voies, comprenant une unité électronique de commande (61) et configuré pour la mise en œuvre d’un procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 1 à 6. Moteur (10) à combustion interne à allumage commandé comprenant un système de calage (50, 52) des soupapes et un système de dépollution (40) des espèces polluantes comprenant au moins un catalyseur (42a) trois voies, ledit moteur étant muni d’un système de commande (60) configuré pour la mise en œuvre d’un procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 1 à 6. Véhicule automobile équipé d’un moteur selon la revendication 8.