Brevet FR3159986A1 — publié le 20250912

Ce procédé de commande d’un moteur (1) à combustion interne à allumage commandé de type atmosphérique comprenant un collecteur d’échappement (12) intégré à une culasse (13) du moteur (1) et muni d’un catalyseur (5) trois voies configuré pour traiter des émissions polluantes du moteur (1) et positionné au voisinage d’une sortie d’échappement (3a) de la culasse (13) comprend des étapes de : - détermination d’une demande de charge, - détermination d’une première température, - commande d’une ouverture complète d’un boîtier-papillon (10) si la demande de charge est égale ou supérieure à une valeur de seuil prédéterminée et tant que la première température est inférieure à une deuxième température représentative d’une seuil maximal prédéterminé, et - commande d’une fermeture partielle du boîtier-papillon (10) si la demande de charge est inférieure à la valeur de seuil prédéterminée ou si la première température est supérieure ou égale à la deuxième température. Figure pour l’abrégé : Figure 1 Procédé de commande d’un moteur à combustion interne à allumage commandé de type atmosphérique muni d’un catalyseur trois voies 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 Dans les moteurs à combustion interne de type à allumage commandé, notamment utilisés dans les véhicules automobiles et fonctionnant à l'essence, il est connu de réaliser la dépollution des gaz de combustion du moteur par un catalyseur de type trois voies monté à l'échappement du moteur. Il est utile de chauffer au plus vite le catalyseur trois voies après le démarrage à froid du moteur afin que le catalyseur fonctionne au plus tôt dans sa fenêtre catalytique dans laquelle il réduit les oxydes d'azote produits dans les gaz de combustion du moteur, et il oxyde les hydrocarbures imbrûlés et le monoxyde de carbone. Il est ainsi connu d’intégrer le collecteur d’échappement dans la culasse du moteur et de placer le catalyseur dans une position proche du moteur, c’est-à-dire au plus près de la sortie d’échappement de la culasse afin de minimiser les pertes thermiques. Cependant, bien que favorables pour chauffer rapidement le catalyseur, ces architectures peuvent conduire à des montées en température très importantes du catalyseur sur les zones de fonctionnement correspondant à des fortes charges ou à des hauts régimes du moteur. Ces montées en température peuvent dégrader la durabilité du catalyseur, c’est-à-dire sa fiabilité mécanique. La perte de durabilité se traduit dans un premier temps par une dégradation de plus en plus marquée des performances de traitement du catalyseur, puis par sa ruine mécanique. Afin de réduire la température à l’échappement de manière à la contenir en deçà d’une valeur de seuil maximal admissible pour la durabilité du catalyseur, tout en conservant le niveau de performance du moteur, il est courant d'enrichir le mélange air-carburant, parfois jusqu'à des valeurs de richesse supérieures à 1,20. Toutefois, cette pratique d'enrichissement entraîne des émissions excessives de monoxyde de carbone en raison du manque d'oxygène, compromettant ainsi l'efficacité du catalyseur trois voies vis-à-vis du traitement du monoxyde d’azote. Par efficacité d’un catalyseur, on entend de manière connue en soi la proportion de molécules polluantes d’une variété donnée que le catalyseur parvient à traiter. De plus, l'utilisation de ces enrichissements thermiques est progressivement restreinte par des réglementations de plus en plus strictes concernant les émissions polluantes et par des interdictions des dispositifs de contournement (« Defeat Device » en anglais). Sans recours à des enrichissements thermiques, les performances du moteur à pleine charge accusent une nette diminution, avec une perte estimée à environ 10% de la puissance maximale par rapport aux moteurs utilisant l’enrichissement thermique. Au vu de ce qui précède, l’invention vise à fournir un procédé de commande d’un moteur à combustion interne à allumage commandé de type atmosphérique permettant de traiter efficacement les émissions polluantes tout en gardant des bonnes performances du moteur en cas de fortes demandes de couple. L’invention a pour objet un procédé de commande d’un moteur à combustion interne à allumage commandé de type atmosphérique comprenant un collecteur d’échappement intégré à une culasse du moteur et muni d’un catalyseur de type trois voies configuré pour traiter des émissions polluantes du moteur et positionné au voisinage d’une sortie d’échappement de la culasse. Le procédé comprend des étapes de : détermination d’une demande de charge du moteur, détermination d’une première température du catalyseur, comparaison de la première température avec une deuxième température prédéterminée représentative d’un seuil maximal prédéterminé de température du catalyseur à ne pas dépasser, comparaison de la demande de charge du moteur avec une valeur de seuil prédéterminée représentative d’une demande de pleine charge, commande d’une ouverture complète d’un boîtier-papillon du moteur si la demande de charge du moteur est égale ou supérieure à la valeur de seuil prédéterminée et tant que la première température est inférieure à la deuxième température, commande d’une fermeture partielle du boîtier-papillon si la demande de charge du moteur est inférieure à la valeur de seuil prédéterminée ou si la première température est supérieure ou égale à la deuxième température. Un tel procédé permet d’assurer un traitement efficace des émissions polluantes, tout en maintenant une performance optimale du moteur lors de demandes de couple élevées. De plus, le procédé protège la durabilité du catalyseur et partant, son efficacité de traitement à long terme. De préférence, au cours du procédé, le moteur est commandé pour fonctionner avec une consigne de richesse unitaire représentative de la stœchiométrie. Un tel moteur permet de réduire la consommation de carburant par rapport à des moteurs utilisant des enrichissements thermiques. De manière avantageuse, la fermeture partielle du boîtier-papillon est commandée de manière à contenir la première température du catalyseur en deçà de la deuxième température du catalyseur. Selon un mode de réalisation, la détermination de la première température du catalyseur est réalisée en utilisant un modèle de température estimée du catalyseur prédéterminé. Selon un autre mode de réalisation, la détermination de la première température du catalyseur est réalisée à partir d’une valeur mesurée par un capteur de température du catalyseur. Selon une caractéristique, la demande de charge du moteur est déterminée à partir d’une valeur de l’enfoncement d’une pédale d’accélérateur ou d’une valeur de pression exercée sur la pédale. Selon un autre aspect, l’invention a pour objet un moteur à combustion interne à allumage commandé de type atmosphérique comprenant un collecteur d’échappement intégré à une culasse du moteur et muni d’un catalyseur de type trois voies configuré pour traiter des émissions polluantes du moteur et positionné au voisinage d’une sortie d’échappement de la culasse, le moteur comprenant en outre une unité électronique de commande configurée pour mettre en œuvre un procédé tel que défini ci-dessus. Selon un autre aspect, l’invention a pour objet un véhicule automobile équipé d’un moteur 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 : FIG. 1 est une vue schématique d’un moteur selon un exemple de réalisation de l’invention ; FIG. 2 est un organigramme illustrant les différentes étapes d’un procédé de réglage du moteur de la FIG. 1 selon un exemple de réalisation de l’invention ; et FIG. 3 illustre un exemple de mise en œuvre du procédé de la FIG. 2 ; Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation Dans l’exemple illustré sur la FIG. 1 , le moteur à combustion interne 1 est du type à allumage commandé de type atmosphérique. Autrement dit, le moteur 1 n’est pas suralimenté par turbocompresseur ni par compresseur volumétrique. Le moteur thermique 1 aspire de l’air dans le sens de la flèche E par l’intermédiaire d’une conduite d’admission 2, et rejette ses gaz d’échappement par une conduite d’échappement 3 afin de les diriger vers un dispositif de dépollution 4. Le dispositif de dépollution 4 comporte un catalyseur trois voies 5 et de préférence un filtre à particules 6. La conduite d’échappement 3 est munie en amont du dispositif de dépollution 4 d’une sonde de richesse 7 proportionnelle permettant de réguler la richesse du mélange air-carburant du moteur 1. Le carburant, par exemple de l’essence, un mélange d’essence et d’éthanol, voire de l’éthanol pur, est amené au moteur 1 grâce à un système d’injection (non représenté), par exemple un système d’injection directe qui comporte une rampe d’alimentation commune aux cylindres 8 et au moins un injecteur de carburant par cylindre apte à injecter le carburant directement dans chacun des cylindres 8. Sur l’exemple illustré sur la FIG. 1 , le moteur est muni de trois cylindres disposés en ligne. Par exemple, le moteur 1 peut comprendre un nombre différent de cylindres. D’autres configurations de cylindres peuvent être envisagées, sans sortir du cadre de l’invention. A la sortie du dispositif de dépollution 4, les gaz d’échappement sont évacués dans l’atmosphère extérieure dans le sens de la flèche S. Dans la conduite d’admission d’air 2, de manière non limitative, on peut trouver un filtre à air 9 qui permet d’éliminer les poussières contenues dans l’air et un volet d’admission 10, ou boîtier-papillon 10 qui permet de réguler le débit admis dans le moteur 1 en obstruant plus ou moins la conduite d’admission 2. L’air est distribué aux cylindres 8 à travers un collecteur d’admission 11 disposé en aval du boîtier-papillon 10. Un collecteur d’échappement 12 est directement intégré dans une culasse 13 du moteur 1 afin de minimiser la distance entre les soupapes d’échappement des cylindres 8 et le catalyseur 5. Le catalyseur 5 est ainsi positionné au voisinage d’une sortie d’échappement 3a de la culasse 13. Cette configuration permet une montée rapide en température du catalyseur en maximisant le nombre de calories disponibles pour le chauffage du catalyseur 5. Tel qu’illustré sur la FIG. 1 , le catalyseur 5 peut être équipé de moyens de détermination d’un paramètre représentatif de la température des gaz d’échappement qui le traversent, par exemple la température du catalyseur 5 lui-même, mesurée par un capteur de température 5a. En variante, il reste possible que le catalyseur 5 ne soit pas équipé d’un capteur de température 5a. Dans ce cas, il est possible d’estimer la température du catalyseur 5 à partir d’un modèle physique prédéterminé. Par exemple, un tel modèle physique peut estimer la température du catalyseur 5 à partir d’une température de l’air extérieur, du débit massique d’air admis, de l’avance à l’allumage et de la richesse du mélange air-carburant. Le moteur 1 comprend en outre une unité électronique de commande 14 configurée pour commander les différents éléments du moteur 1 à partir de données recueillies par des capteurs à différents endroits du moteur. L’unité électronique de commande 14 comporte un module de calcul 15, un module de mesure 16 et un module de commande 17. Le module de mesure 16 est par exemple apte à recevoir les mesures de température issues du capteur de température 5a. Le module de commande 17 est par exemple apte à piloter le système d’injection de carburant et l’ouverture et la fermeture du boîtier-papillon 10. On va maintenant décrire en référence aux figures 2 et 3 un procédé de commande d’un moteur selon l’invention. La FIG. 2 illustre les différentes étapes d’un procédé de commande d’un moteur à combustion interne 1 d’un véhicule automobile selon un exemple de réalisation de l’invention. Le procédé est en particulier mis en œuvre au moyen d’une unité électronique de commande 14 du moteur 1. Le procédé commence par une étape 20 de détermination d’une demande de charge du moteur 1. La demande de charge du moteur 1 correspond généralement à la « volonté du conducteur d’accélérer », matérialisée par exemple par une valeur de l’enfoncement d’une pédale d’accélérateur du véhicule ou de la pression exercée sur ladite pédale. Le procédé se poursuit par une étape 21 de détermination d’une première température T1 du catalyseur 5. Tel qu’indiqué précédemment, lorsque le catalyseur est muni d’un capteur de température 5a, l’unité électronique de commande 14 détermine la première température T1 à partir d’une valeur mesurée de la température du catalyseur 5 issue du capteur de température 5a. Dans le cas où le catalyseur n’est pas doté d’un capteur de température 5a, l’unité électronique de commande 14 estime la première température T1 du catalyseur 5 à partir d’un modèle physique prédéterminé et contenu dans une mémoire de l’unité électronique de commande 14, à partir d’une température de l’air extérieur, du débit massique d’air admis, de l’avance à l’allumage et de la richesse du mélange air-carburant. Lors de l’étape 22 de comparaison suivante, on compare d’une part la première température T1 avec une deuxième température T2 prédéterminée et on compare d’autre part la demande de charge du moteur avec une valeur de seuil prédéterminée. La deuxième température T2 prédéterminée est représentative d’un seuil maximal prédéterminé Tmax de température du catalyseur 5 à ne pas dépasser pour assurer une durabilité minimale prédéfinie du catalyseur. Le seuil maximal prédéterminé Tmax est par exemple défini statistiquement par le fabricant du catalyseur et peut avoir une valeur telle que 950°C. La durabilité minimale prédéfinie du catalyseur correspond par exemple à un taux de défaillance maximal admissible d’une population de catalyseurs pour un kilométrage prédéterminé parcouru des véhicules équipés des catalyseurs. Elle peut correspondre à une efficacité minimale de traitement du catalyseur, plus précisément, à une efficacité résiduelle minimale de traitement statistiquement observable à la pleine charge d’une population de catalyseurs pour un kilométrage parcouru. La valeur de seuil prédéterminée est représentative d’une demande de pleine charge. Si la demande de charge du moteur est égale ou supérieure à la valeur de seuil prédéterminée et tant que la première température T1 ne dépasse pas la deuxième température T2, l’unité électronique de commande 14 commande une ouverture complète du boîtier-papillon 10 du moteur 1 (étape 23). L’ouverture complète du boîtier-papillon 10 permet de maximiser la charge admise dans le moteur 1 et ainsi d’augmenter significativement les performances du moteur 1. Si la demande de charge du moteur 1 est inférieure à la valeur de seuil prédéterminée ou si la première température T1 est supérieure à la deuxième température T2, l’unité électronique de commande 14 commande une fermeture partielle du boîtier-papillon 10 du moteur 1 (étape 24). La fermeture partielle du boîtier-papillon 10 permet de baisser la température des gaz d’échappement du moteur 1. La fermeture partielle du boîtier-papillon 10 est commandée de manière à contenir la première température T1 du catalyseur 5 en deçà de la deuxième température T2 pour toute la durée du procédé. Autrement dit, on commande le degré de fermeture du boîtier-papillon 10 de manière que la température T1 du catalyseur ne dépasse pas la deuxième température T2. Une telle commande peut utiliser par exemple des cartographies prédéterminées reliant le degré de fermeture du boîtier-papillon aux températures de gaz d’échappement pour chaque point de fonctionnement du moteur 1. Il est à noter qu’au cours du procédé de l’invention, le moteur 1 est commandé pour fonctionner avec une consigne de richesse unitaire représentative de la stœchiométrie. La FIG. 3 illustre un exemple de mise en œuvre du procédé de la FIG. 2 . La courbe 30 représente la variation dans le temps de la première température T1 du catalyseur 5. La courbe 31 illustre la variation dans le temps du pourcentage d’ouverture du boîtier-papillon. Un pourcentage nul d’ouverture correspond à une fermeture complète, alors qu’un pourcentage d’ouverture de 100% indique une ouverture complète du boîtier-papillon 10. La courbe 32 illustre la variation dans le temps du pourcentage d’enfoncement de la pédale d’accélérateur. Un pourcentage nul d’enfoncement correspond à un lâcher de pédale, alors qu’un pourcentage d’enfoncement de 100% est représentatif d’une demande de pleine charge. La FIG. 3 met en évidence deux phases d’accélération, lors desquelles le conducteur demande une pleine charge du moteur. Une première phase d’accélération 33 a lieu entre les instants t1 et t1’. Durant cette phase, on commande l’ouverture complète du boîtier-papillon 10 tant que la première température T1 du catalyseur 5 ne dépasse pas la deuxième température T2 représentative du seuil maximal prédéterminé Tmax à ne pas dépasser pour assurer une durabilité minimale prédéfinie du catalyseur 5 et donc une efficacité de traitement minimale à long terme. Il est à noter que l’ouverture complète du boîtier-papillon 10 est commandée sur toute la durée de la première phase d’accélération 33. Une deuxième phase d’accélération 34 a lieu entre les instants t2 et t2’. La deuxième phase d’accélération 34 est plus longue que la première phase d’accélération 33 et on observe que la première température T1 du catalyseur 5 atteint la valeur de la deuxième température T2 à l’instant t3. Dès lors, on commande la fermeture partielle du boîtier-papillon 10, de manière à contenir la première température T1 en deçà de la deuxième température T2, garantissant la durabilité du catalyseur 5, et ainsi, statistiquement c’est-à-dire avec une incertitude connue, son efficacité de traitement à long terme. Le procédé permet ainsi d’optimiser les performances du moteur 1 dans les phases d’accélération 33, 34, sans pour autant dégrader l’efficacité de traitement du catalyseur 5. Procédé de commande d’un moteur à combustion interne (1) à allumage commandé de type atmosphérique comprenant un collecteur d’échappement (12) intégré à une culasse (13) du moteur (1) et muni d’un catalyseur (5) de type trois voies configuré pour traiter des émissions polluantes du moteur (1) et positionné au voisinage d’une sortie d’échappement (3a) de la culasse (13), ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend des étapes de : détermination d’une demande de charge du moteur (1), détermination d’une première température (T1) du catalyseur (5), comparaison de la première température (T1) avec une deuxième température (T2) prédéterminée représentative d’un seuil maximal prédéterminé (Tmax) de température du catalyseur (5) à ne pas dépasser, comparaison de la demande de charge du moteur (1) avec une valeur de seuil prédéterminée représentative d’une demande de pleine charge, commande d’une ouverture complète d’un boîtier-papillon (10) du moteur (1) si la demande de charge du moteur (1) est égale ou supérieure à la valeur de seuil prédéterminée et tant que la première température (T1) est inférieure à la deuxième température (T2), et commande d’une fermeture partielle du boîtier-papillon (10) si la demande de charge du moteur (1) est inférieure à la valeur de seuil prédéterminée ou si la première température (T1) est supérieure ou égale à la deuxième température (T2). Procédé selon la revendication 1, au cours duquel le moteur (1) est commandé pour fonctionner avec une consigne de richesse unitaire représentative de la stœchiométrie. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la fermeture partielle du boîtier-papillon (10) est commandée de manière à contenir la première température (T1) du catalyseur (5) en deçà de la deuxième température (T2) du catalyseur (5). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la détermination de la première température (T1) du catalyseur (5) est réalisée en utilisant un modèle de température estimée du catalyseur (5) prédéterminé. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la détermination de la première température (T1) du catalyseur (5) est réalisée à partir d’une valeur mesurée par un capteur de température (5a) du catalyseur (5). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la demande de charge du moteur (1) est déterminée à partir d’une valeur de l’enfoncement d’une pédale d’accélérateur ou d’une valeur de pression exercée sur ladite pédale. Moteur (1) à combustion interne à allumage commandé de type atmosphérique comprenant un collecteur d’échappement (12) intégré à une culasse (13) du moteur (1) et muni d’un catalyseur (5) de type trois voies configuré pour traiter des émissions polluantes du moteur (1) et positionné au voisinage d’une sortie d’échappement (3a) de la culasse (13), ledit moteur (1) comprenant en outre une unité électronique de commande (14) configurée pour mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6. Véhicule automobile équipé d’un moteur (1) selon la revendication 7.