Brevet FR3152292A1 — publié le 20250228

L’invention concerne un procédé de contrôle d’un moteur à allumage commandé (1) équipé d’un système de traitement d’effluent gazeux comprenant un filtre à particules (7) et un catalyseur trois voies (6), par contrôle de l’injection de carburant dans une chambre de combustion (8) du moteur (1), et par contrôle de l’allumage d’un mélange air-carburant présent dans la chambre de combustion (8) du moteur (1). L’injection du carburant comprend une ou plusieurs séquences d’injection de carburant comprenant une injection centrée au niveau du point mort haut et déclenchée de manière à créer un retard à l’allumage dans un mélange suffisamment riche pour engendrer un dépôt de particules fines dans le système de traitement d’effluent gazeux. Référence : Figure 2 Procédé et dispositif de contrôle d’un moteur à allumage commandé pour l’augmentation de l’efficacité d’un filtre à particules La présente invention concerne le contrôle du fonctionnement des moteurs à combustion interne du type à allumage commandé (fonctionnant notamment à l’essence). Plus particulièrement, la présente invention concerne la dépollution des moteurs à combustion interne liée à l’efficacité de filtration des filtres à particules montés à l’échappement de tels moteurs. Les filtres à particules, d’acronyme « FAP », des moteurs à combustion interne, collectent et filtrent les gaz de combustion des moteurs, permettant ainsi de réduire de manière flagrante la masse et le nombre de particules émises à l’échappement du véhicule. On peut différencier les particules dites « lourdes » de taille relativement importante, par exemple de l’ordre de 100 nanomètres de diamètre, et les micro-particules qui sont de taille plus faible, par exemple inférieure à 2,5 microns, et notamment inférieure à 1 micron. Le moteur à essence n’émet pas beaucoup de particules « lourdes » mais émet en grande quantité des micro-particules, qui sont très nuisibles pour l’environnement et la santé. Un FAP d’un moteur à essence fonctionne en un cycle de deux séquences. La première séquence consiste en la collecte des particules, qui se fait lors du fonctionnement habituel du moteur à richesse 1, et la deuxième séquence consiste en leur élimination. En effet, la première étape permet au FAP de capturer les particules présentes dans les gaz de combustion, ce qui amène à la formation d’une couche de particules lourdes, et notamment de suie, sur les parois du filtre. Lorsqu’il y a trop de suies déposées, la deuxième étape, dite de régénération, permet de nettoyer le FAP en brûlant ce lit de particules. Pour un moteur à allumage commandé, il existe plusieurs types de régénérations d’un FAP. On distingue la régénération passive, qui n’est pas déclenchée en agissant sur le mode de réglage du moteur et dans laquelle la combustion se fait naturellement sous l’action d’une température et d’un débit caractéristiques, et la régénération active qui, quant à elle, est provoquée lors d’une modification d’un mode de fonctionnement du moteur en basculant le fonctionnement en mélange légèrement pauvre (richesse généralement comprise entre 0,95 et 0,98) ayant pour effet d’entraîner la combustion des particules dans le filtre. De manière connue en soi, ce deuxième type de régénération du FAP d’un moteur à essence peut être mis en œuvre par exemple juste avant que la masse des particules fines n’atteigne un seuil critique qui pourrait colmater le filtre, plus particulièrement dans le cas où les conditions de température et de débit n’ont pas été réunies auparavant pour régénérer passivement le filtre. Techniques antérieures En sortie d’usine, les FAP des moteurs à essence présentent un faible niveau d’efficacité globale, c’est-à-dire un faible niveau de retenue des particules émises dans les gaz de combustion du moteur. Plus précisément, le filtre retient mal les particules les plus fines, qui sont émises en plus grand nombre, car celles-ci passent facilement à travers les parois du filtre. Le niveau d’efficacité s’améliore avec le temps, à la suite de la formation d’un lit de suies, provoqué par l’accumulation de particules émises par le moteur. L’accumulation des particules lourdes sur les parois du filtre tend à boucher celui-ci et à le rendre relativement moins perméable aux particules les plus légères. Par la suite, les régénérations du FAP d’un moteur à essence ne permettent pas de faire disparaître totalement les dépôts de suies, l’efficacité de sa filtration au regard des particules les plus fines est conservée dans une certaine mesure. Tel qu’illustré sur la FIG. 1 , qui représente graphiquement l’évolution des émissions de particules à l’échappement, en nombre de particules (PN), en fonction de l’évolution du kilométrage (km), et sur laquelle les courbes c1 et c2 représentent respectivement une conduite avec un pied lourd, c’est-à-dire sollicitant peu la pédale d’accélérateur du véhicule, et une conduite avec un pied léger, le niveau de particules à l’échappement se stabilise à 6 000 km environ. Le fonctionnement du FAP d’un moteur à essence devient, par conséquent, lui aussi efficace autour des 6 000 km. Le document FR-A1-3096403 décrit un système de post-traitement des gaz d’échappement d’une ligne d’échappement d’un moteur à combustion interne à allumage commandé comprenant un convertisseur catalytique d’oxydation-réduction à trois voies, un premier filtre à particules monté directement en aval du convertisseur catalytique ; et un deuxième filtre à particules situé en aval du premier filtre à particules. Le premier filtre situé en aval du convertisseur catalytique reste généralement suffisamment vide afin de pouvoir stocker les particules assez grosses, tandis que le deuxième filtre situé en aval du premier FAP reste suffisamment plein pour stocker les particules relativement fines. Chacun des filtres est constitué d’un système de régénération composé de capteurs de pression différentielle et de capteurs aptes à déterminer la masse des particules. Ce système de régénération fonctionne de telle sorte que le premier filtre en aval du convertisseur catalytique se vide tandis que le deuxième filtre en aval du premier FAP reste protégé des régénérations du premier filtre en aval. L’efficacité de traitement des particules fines reste toutefois insuffisante car lorsque le moteur et les filtres à particules sont neufs, le premier FAP n’est pas encore suffisamment plein. Ce document ne mentionne pas la manière d’obtenir un remplissage initial satisfaisant du premier filtre. La présente invention a donc pour but d’accélérer le dépôt de particules fines dans un filtre à particules d’un moteur à essence placé en aval d’un catalyseur trois voies afin d’augmenter l’efficacité de filtration du filtre à particules. L’invention a pour objet un procédé de contrôle d’un moteur à allumage commandé équipé d’un système de traitement d’effluents gazeux comprenant un filtre à particules et un catalyseur trois voies, par contrôle de l’injection de carburant dans une chambre de combustion du moteur et par contrôle de l’allumage d’un mélange air-carburant présent dans la chambre à combustion du moteur. L’injection du carburant comprend une ou plusieurs séquences d’injection de carburant, comprenant une injection centrée au niveau du point mort haut du moteur et déclenchée de manière à créer un retard à l’allumage dans un mélange suffisamment riche pour engendrer un dépôt de particules fines dans le système de traitement d’effluent gazeux. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’injection centrée au niveau du point mort haut du moteur est la dernière injection lors d’une séquence d’injection. Avantageusement, la ou les injections de carburant sont provoquées à des angles du cycle du moteur compris entre 180° et -20° de vilebrequin, soit entre le point mort bas et 20° après le point mort haut sur un cycle de compression du moteur. De préférence, cet intervalle est réduit à des angles compris entre 80° et -12° de vilebrequin. L’allumage peut être déclenché après la fin de la dernière injection centrée au niveau du point mort haut, avec un écart, séparant la fin de la dernière injection et l’allumage, compris entre 3° et 8° de vilebrequin, de manière que l’allumage se produise entre -4° et -28° de vilebrequin. Selon un mode de mise en œuvre, ce procédé est mis en œuvre durant la phase de chauffe du catalyseur. Ce procédé est ainsi mis en œuvre au démarrage du véhicule, quand le moteur est froid, permettant d’accélérer le dépôt de particules fines dans le FAP d’un moteur à essence. L’invention a également pour objet un système de contrôle d’un moteur à allumage commandé équipé d’un système de traitement d’effluents gazeux comprenant un filtre à particules et un catalyseur trois voies. Ce système comprend des moyens de commande d’injection pour provoquer une ou plusieurs séquences d’injection de carburant comprenant une injection centrée au niveau du point mort haut et déclenchée de manière à créer un retard à l’allumage dans un mélange suffisamment riche pour engendrer un dépôt de particules dans le système de traitement d’effluent gazeux. Avantageusement, les moyens de commande sont configurés pour que ladite injection centrée sur le point mort haut soit la dernière injection de la séquence. Selon un mode de réalisation, les moyens de commande sont configurés pour que les injections soient provoquées à des angles du cycle du moteur compris entre 180° et -20°, de préférence entre 80° et -12° de vilebrequin. Avantageusement, le système comporte des moyens de contrôle d’allumage configurés pour provoquer l’allumage après la fin de la dernière injection avec un écart compris entre 3° et 8° de vilebrequin, de manière que l’allumage se produise entre -4° et -28° de vilebrequin. L’invention a encore pour objet un véhicule automobile comprenant un système de contrôle tel que défini 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 : - La FIG. 1 , dont il a déjà été fait mention, représente graphiquement l’évolution des émissions de particules (PN) à l’échappement en fonction du kilométrage (km) ; - La FIG. 2 représente schématiquement la structure d’un moteur à combustion interne d’un moteur de véhicule automobile équipé d’un système de contrôle selon l’invention ; - La FIG. 3 représente graphiquement un mode de réalisation de l’invention selon laquelle une séquence de trois injections est mise en œuvre dans la chambre de combustion du moteur entre un point mort bas d’admission et un point mort bas d’échappement ; - La FIG. 4 représente graphiquement le nombre de particules (PN) calculé en fonction de chaque phase du procédé selon l’invention ; - La FIG. 5 représente graphiquement la tendance à l’émissivité des particules en fonction de différents paramètres de combustion ; et - La FIG. 6 représente schématiquement les parois du FAP d’un moteur à combustion interne à allumage commandé, à l’état neuf et après formation du lit de particules. Description détaillée Sur la FIG. 2 , on a représenté schématiquement la structure générale d’un moteur à combustion interne 1 d’un véhicule automobile, du type à allumage commandé (fonctionnant notamment à l’essence), et doté d’un système de contrôle selon l’invention. Le moteur 1 est ici un moteur à quatre cylindres 2 en ligne. Il comporte un répartiteur d’admission 3 assurant l’admission d’air frais dans les cylindres 2, un collecteur d’échappement 4 assurant la collecte des effluents gazeux, et une ligne d’échappement 5 équipée d’un système de post traitement des effluents gazeux, comprenant un catalyseur trois voies 6 d’oxydation et un filtre à particules FAP 7 placé en aval du catalyseur 6, en considérant le sens du flux de gaz d’échappement. La position des pistons dans les cylindres 2 est mesurée en fonction de l’angle du vilebrequin, en ° de vilebrequin. Selon les cycles du moteur 1, le piston monte et descend dans la chambre de combustion 8. Par ailleurs, chaque cylindre 2 est équipé d’un injecteur de carburant 9 et d’une bougie d’allumage 10, permettant de déclencher la combustion du mélange air-carburant, tous deux situés non loin du point mort haut PMH_comb de la chambre de combustion 8. Les phases d’injection de carburant et d’allumage du mélange air-carburant sont commandées par un système de contrôle 12 comprenant des moyens de commande d’injection 13 et des moyens de contrôle de l’allumage 14. En référence à la FIG. 3 , les moyens de commande d’injection 13 permettent de provoquer une ou plusieurs séquences d’injection 15 de carburant de telle sorte qu’une injection 16 soit centrée au niveau du point mort haut PMH_comb de la chambre de combustion 8, et de telle sorte que, dans le cas d’une séquence de plusieurs injections 15 de carburant, la dernière injection 16 de la séquence soit centrée au niveau du point mort haut PMH_comb de la chambre de combustion 8. Cette injection tardive est effectuée juste avant l’allumage AVA. Le fait de créer une ou plusieurs injections 15 dont une 16 est provoquée juste avant l’allumage AVA, engendre un mélange air-carburant riche et peu homogénéisé, c’est-à-dire un mélange air-carburant composé essentiellement de carburant, au moment de l’allumage AVA. Ce processus induit qu’une partie du carburant est imbrûlée et, par conséquent, une plus grande formation d’hydrocarbures (HC), de monoxyde de carbone (CO) et de particules fines ou micro-particules, se produit dans la chambre de combustion 8. Ces particules sont ensuite relâchées par la ligne d’échappement 5 du moteur 1, et sont filtrées d’abord par le catalyseur trois voies 6, qui permet notamment d’oxyder les HC et CO du moteur et de réduire les NOx, puis par le filtre à particules 7 situé en aval du catalyseur trois voies 6, qui traite les particules selon le mode séquentiel déjà décrit plus haut. Dans un mode de réalisation, l’injection tardive de carburant, centrée sur le point mort haut, est réalisée durant la phase de chauffe du catalyseur trois voies 6, qui a lieu au démarrage du véhicule lorsque le moteur 1 est encore froid. Ce mode de réalisation permet de créer des particules en nombre important au moment où le catalyseur trois voies 6 n’est pas encore tout à fait efficace. Si le catalyseur trois voies 6 n’est pas fonctionnel, le filtrage effectué par ce composant n’est pas optimal et les particules sont ainsi envoyées en plus grand nombre dans le FAP d’un moteur à essence 7 directement. Ainsi, le processus de dépôt de particules 21 sur les parois du FAP d’un moteur à essence 7 est accéléré et, par conséquent, l’efficacité de sa filtration également. Un moteur à allumage commandé 1 fonctionne selon quatre étapes. La première est l’étape d’admission, où l’air est aspiré via le conduit d’admission 3. La deuxième étape est celle de la compression, où le mélange air-carburant est comprimé jusqu’à ce que le piston de compression arrive au niveau du point mort haut PMH_comb. La troisième étape est celle de l’explosion, où l’étincelle se déclenche et entraîne la combustion du mélange air-carburant. Enfin, la quatrième étape est celle de l’échappement qui permet au moteur d’évacuer ses gaz brûlés vers le pot d’échappement. Les moyens de commande d’injection 13 sont configurés pour déclencher une ou plusieurs injections 15 de carburant durant la phase de compression du moteur 1, entre 180° et -20° de vilebrequin. De préférence, cet intervalle peut être réduit à un intervalle allant de 80° à -12° de vilebrequin. L’injection ou les injections 15 provoquées par les moyens de commande d’injection 13, permettent de créer un retard à l’allumage AVA. Cet allumage AVA est provoqué par les moyens de contrôle de l’allumage 14, et est déclenché avec un écart delta compris entre 3° et 8° de vilebrequin avec la fin de la dernière injection 16. La fin de la dernière injection pouvant être comprise entre -1° et -20° de vilebrequin, l’allumage AVA est provoqué entre -4° et -28° de vilebrequin. Selon un mode de réalisation de l’invention représenté sur la FIG. 3 , une séquence de trois injections 15 est provoquée entre un point mort bas d’admission PMB_a et un point mort bas d’échappement PMB_e. La première injection 18 est créée à partir de 80° de vilebrequin, et se termine avant la deuxième injection 19 débutant à 40° de vilebrequin. La séquence d’injections comporte ensuite une troisième et dernière injection 16, centrée au niveau du point mort haut PMH_comb de la chambre de combustion du moteur 1, déclenchée à environ 10° de vilebrequin et stoppée à environ -10° de vilebrequin. Dans ce mode de réalisation de l’invention, l’allumage AVA est provoqué à -15° de vilebrequin environ, avec un écart delta de 5° de vilebrequin avec la fin de la dernière injection 16. Des essais ont été effectués pour tester ce mode de réalisation. Sur la FIG. 4 , qui représente graphiquement le nombre de particules (PN) calculé en fonction de chaque phase du procédé selon l’invention, on voit notamment que c’est à la fin de la dernière injection I3, qui correspond à la troisième injection dans ce mode de réalisation, qu’il y a le plus de formation de particules (PN). Selon une échelle allant de 0 à 1, la troisième et dernière injection I3, selon ce mode de réalisation, forme un nombre de particules (PN) égal à 1, tandis que les injections précédentes I1 et I2 varient entre 0,095 et 0,334 PN. Le nombre de particules (PN) est à 0.292 au moment de l’avance à l’allumage A avant de diminuer au moment de la première phase d’injection I1. La FIG. 5 montre également la tendance de l’émissivité des particules, selon certains paramètres, en fonction des différentes phases de l’expérience, et on voit qu’il y a un pic de création de particules au niveau de la fin de la troisième injection I3. Les résultats illustrés sur la FIG. 6 , montrent la création d’un dépôt de particules 21, plus précisément de particules relativement lourdes, au niveau des parois du filtre à particules d’un moteur à essence 7 sur la droite R de la FIG. 6 , qui n’était pas présent sur les parois du filtre à particules d’un moteur à essence 7 en sortie d’usine, c’est-à-dire à l’état neuf (partie gauche L de la FIG. 6 ). On voit ainsi que cette formation de lit de particules 21 permet au filtre à particules d’un moteur à essence 7 d’être plus efficace et d’améliorer notamment la filtration des particules fines, plus précisément des particules les plus petites, qui sont les plus légères et les plus nombreuses, et qui se retrouvent dans le conduit d’échappement 5 du moteur 1. Procédé de contrôle d’un moteur à allumage commandé (1) équipé d’un système de traitement d’effluent gazeux comprenant un filtre à particules (7) et un catalyseur trois voies (6), par contrôle de l’injection de carburant dans une chambre de combustion (8) du moteur (1), et par contrôle de l’allumage d’un mélange air-carburant présent dans la chambre de combustion (8) du moteur (1), caractérisé en ce que l’injection du carburant comprend une ou plusieurs séquences d’injection (15) de carburant comprenant une injection centrée (16) au niveau du point mort haut (PMH_comb) et déclenchée de manière à créer un retard à l’allumage (AVA) dans un mélange suffisamment riche pour engendrer un dépôt de particules fines (21) dans le système de traitement d’effluent gazeux. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’injection est réalisée en séquences (15), ladite injection centrée (16) sur le point mort haut (PMH_comb) étant la dernière injection de la séquence (15). Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel les injections (15) sont provoquées à des angles du cycle du moteur (1) compris entre 180° et -20°, de préférence entre 80° et -12° de vilebrequin. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’allumage (AVA) est déclenché après la fin de la dernière injection (16) avec un (écart) delta compris entre 3° et 8° de vilebrequin, de manière que l’allumage (AVA) se produise entre -4° et -28° de vilebrequin. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, mis en œuvre à la suite du démarrage du véhicule, durant la phase de chauffe du catalyseur (6). Système de contrôle d’un moteur à allumage commandé (1) équipé d’un système de traitement d’effluent gazeux comprenant un filtre à particules (7) et un catalyseur trois voies (6), caractérisé en ce que le système comprend des moyens de commande d’injection (13) pour provoquer une ou plusieurs séquences d’injections (15) de carburant comprenant une injection centrée (16) au niveau du point mort haut (PMH_comb) et déclenchée de manière à créer un retard à l’allumage (AVA) dans un mélange suffisamment riche pour engendrer un dépôt de particules (21) dans le système de traitement d’effluent gazeux. Système selon la revendication 6, dans lequel les moyens de commande (13) sont configurés pour que ladite injection centrée (16) sur le point mort haut (PMH_comb) soit la dernière injection de la séquence (15). Système selon l’une des revendications 6 et 7, dans lequel les moyens de commande (13) sont configurés pour que les injections (15) soient provoquées à des angles du cycle du moteur (1) compris entre 180° et -20°, de préférence entre 80° et -12° de vilebrequin. Système selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, comprenant des moyens de contrôle d’allumage (14) configurés pour provoquer l’allumage (AVA) après la fin de la dernière injection (16) avec un (écart) delta compris entre 3° et 8° de vilebrequin, de manière que l’allumage (AVA) se produise entre -4° et -28° de vilebrequin. Véhicule automobile comprenant un système de contrôle, selon l’une quelconque des revendications 6 à 9.