FR2877047A1 - Procede de commande d'un moteur de vehicule via des lois de levee de soupapes - Google Patents
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Abstract
Dans le procédé de commande d'un moteur de véhicule, on donne un mouvement d'ouverture à au moins une soupape d'admission pendant qu'on donne un mouvement d'ouverture à au moins une soupape d'échappement associée à un même cylindre que la soupape d'admission.
Description
L'invention concerne les moteurs de véhicule.
Dans les moteurs à combustion interne de véhicules, il est classique de mettre en oeuvre une recirculation des gaz d'échappement ou EGR. C'est le cas par exemple dans les moteurs diesel à allumage par compression pour lesquels, à certains points de fonctionnement, on effectue une recirculation des gaz imbrûlés. L'utilisation des gaz d'EGR en quantité plus ou moins importante dans les moteurs diesel permet de réduire de façon significative les oxydes d'azote, ou NOx, émis dans l'atmosphère.
La température des gaz d'échappement recirculés a également une forte influence sur les émissions de polluants, et plus particulièrement sur les imbrûlés aux faibles charges du moteur. On cherche notamment à réduire les émissions d'imbrûlés aux faibles charges. Ainsi, les moteurs diesel font de plus en plus souvent appel à un système de refroidissement des gaz d'EGR afin de limiter les émissions de NOx. Toutefois, ce refroidissement a pour effet d'accroître les émissions d'imbrûlés aux faibles charges du moteur lorsque le moteur est froid et que le catalyseur d'oxydation n'est pas amorcé.
Afin de limiter les émissions d'imbrûlés aux points de faible charge ou lorsque le moteur est froid, il est possible de prévoir une dérivation de l'échangeur thermique des gaz d'échappement recirculés. Cela permet d'avoir des gaz d'EGR plus chaud, ce qui est favorable à la réduction des émissions d'imbrûlés. Cette solution compatible avec la norme Euro 4 est toutefois limitée. La future norme Euro 5 (ou Sulev) sera beaucoup plus sévère en termes d'émissions de fumée, de NOx et d'imbrûlés. Afin d'atteindre les objectifs sur les émissions de NOx, on prévoit notamment d'introduire dans les moteurs une quantité beaucoup plus importante de gaz d'EGR, ce qui aura pour effet d'accroître fortement les émissions d'imbrûlés. Dans ces conditions, la dérivation du refroidisseur des gaz d'EGR ne sera plus suffisante pour atteindre des quantités d'émissions d'imbrûlés en sortie de moteur compatibles avec la future norme Euro 5.
Un but de l'invention est d'améliorer encore les performances des moteurs à l'égard des normes anti-pollution.
A cet effet, on prévoit selon l'invention un procédé de commande d'un moteur de véhicule dans lequel on donne un mouvement d'ouverture à au moins une soupape d'admission pendant qu'on donne un mouvement d'ouverture à au moins une soupape d'échappement associée à un même cylindre que la soupape d'admission.
Le procédé selon l'invention pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes: - on débute en même temps les deux mouvements d'ouverture; - on débute le mouvement d'ouverture de la soupape d'échappement après avoir débuté le mouvement d'ouverture de la soupape d'admission; - les deux mouvements d'ouverture ont des amplitudes différentes; et - on donne un mouvement de fermeture à la soupape d'admission pendant qu'on donne un mouvement de fermeture à la soupape d'échappement.
On prévoit également selon l'invention un procédé de commande d'un moteur de véhicule, dans lequel on donne un mouvement de fermeture à au moins une soupape d'admission pendant qu'on donne un mouvement de fermeture à au moins une soupape d'échappement associée à un même cylindre que la soupape d'admission.
Le procédé selon l'invention pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes: - on achève le mouvement de fermeture de la soupape d'admission avant d'achever le mouvement de fermeture de la soupape d'échappement; - on achève en même temps les deux mouvements de fermeture; - les deux mouvements de fermeture ont des amplitudes différentes; et - on donne un mouvement d'ouverture à la soupape d'admission pendant qu'on donne un mouvement d'ouverture à la soupape d'échappement.
Ces deux procédés pourront présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes: - on maintient la soupape d'échappement fermée et pendant ce temps on ouvre puis on ferme la soupape d'admission; - au cours d'un cycle du moteur, on ouvre deux fois la soupape d'admission et une seule fois la soupape d'échappement; - les deux ouvertures de la soupape d'admission ont des amplitudes différentes; - on maintient la soupape d'admission fermée et pendant ce temps on ouvre puis on ferme la soupape d'échappement; - au cours d'un cycle du moteur, on ouvre deux fois la soupape d'échappement et une seule fois la soupape d'admission; - les deux ouvertures de la soupape d'échappement ont des amplitudes différentes; - on le met en oeuvre seulement lorsqu'une charge du moteur est inférieure à une valeur prédéterminée; et - le moteur est un moteur diesel à injection directe.
On prévoit par ailleurs selon l'invention un moteur de véhicule comprenant: - au moins un cylindre; et - des soupapes d'admission et d'échappement associées au cylindre, le moteur comprenant en outre des moyens de commande agencés pour donner un mouvement d'ouverture à la soupape d'admission pendant qu'ils donnent un mouvement d'ouverture à la soupape d'échappement.
Enfin, on prévoit selon l'invention un moteur de véhicule comprenant: - au moins un cylindre; et - des soupapes d'admission et d'échappement associées au cylindre, le moteur comprenant en outre des moyens de commande agencés pour donner un mouvement de fermeture à la soupape d'admission pendant qu'ils donnent un mouvement de fermeture à la soupape d'échappement.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description suivante de deux modes préférés de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur selon un mode préféré de réalisation de l'invention; - la figure 2 présente des courbes de levée de soupape illustrant deux exemples de mise en oeuvre du procédé de l'invention; - la figure 3 est un diagramme illustrant des résultats d'essai comparatifs entre un moteur de l'art antérieur et les deux exemples de mise en oeuvre de la figure 2 et illustrant sur les colonnes et en ordonnée à gauche l'émission d'hydrocarbures et sur la courbe et en ordonnée à droite la consommation de carburant; et - la figure 4 est un diagramme analogue à la figure 3 illustrant les émissions d'hydrocarbures et la température à l'échappement.
On a illustré à la figure 1 sous forme schématique un moteur 2 selon un mode préféré de réalisation de l'invention. Ce moteur comprend un filtre à air 4 communicant avec un compresseur 6 d'un turbocompresseur 8. Une conduite 10 met indirectement en communication le compresseur avec un distributeur d'admission 12 commandant l'admission de gaz dans des cylindres 15 ménagés dans une culasse 14 du moteur. Dans chaque cylindre se trouve un piston non illustré. De plus, à chaque cylindre sont associées au moins une soupape d'admission et au moins une soupape d'échappement, et de préférence deux de chaque. Le mouvement des soupapes d'échappement est commandé par un distributeur d'échappement 16. Le moteur comprend un circuit externe 18 de recirculation des gaz d'échappement prélevant une fraction des gaz d'échappement en sortie de la culasse pour les réinjecter dans le circuit d'admission en amont du distributeur 12. La quantité de gaz d'échappement recirculés par ce circuit 18 peut être commandée au moyen d'une vanne 20 d'une façon connue en elle-même. Le circuit 18 comprend notamment un refroidisseur et une dérivation de ce dernier qui n'ont pas été illustrés. La fraction des gaz d'échappement non recirculés fait tourner une turbine 22 du turbocompresseur 8 et est acheminée jusqu'à un dispositif d'échappement 24 comprenant notamment un catalyseur d'oxydation 26.
Aux points de fonctionnement correspondant aux charges moyennes et fortes du moteur, c'est le circuit d'EGR externe 18 qui alimente le circuit d'admission en gaz brûlés fortement refroidis. En effet, à ces points de fonctionnement, c'est principalement les émissions de NOx qu'il faut réduire.
Les émissions d'imbrûlés sont relativement faibles et le catalyseur d'oxydation est déjà amorcé.
On cherche en l'espèce à augmenter la quantité de gaz d'échappement recirculés sans accroître de façon trop importante la consommation de carburant aux points de fonctionnement du moteur correspondant aux faibles charges ou à ceux auxquels le moteur est froid. On met en oeuvre pour cela une recirculation interne des gaz d'échappement sans passer par le circuit 18 et grâce à une commande adaptée des soupapes d'admission et d'échappement au moyen des distributeurs 12 et 16.
Ainsi, pour accroître la quantité de gaz d'EGR internes, on modifie les lois de levée de soupape grâce aux distributeurs 12 et 16.
On va maintenant présenter deux modes préférés de mise en oeuvre du procédé de l'invention qui permettent chacun d'augmenter la quantité d'EGR interne.
En référence à la figure 2, le premier mode de mise en oeuvre est celui de la configuration 1. Brièvement, en plus d'effectuer le cycle normal du moteur au niveau des soupapes, on ouvre les soupapes d'admission pendant qu'on ouvre les soupapes d'échappement pour l'échappement.
Les diagrammes de la figure 2 présente en abscisse les angles de rotation du vilebrequin du moteur et en ordonnée l'extension de chaque soupape hors de son logement.
Plus précisément, dans la configuration 1, en même temps qu'on débute le mouvement d'ouverture des soupapes d'échappement pour l'évacuation des gaz présents dans le cylindre (courbe 2), on débute un mouvement d'ouverture des soupapes d'admission (courbe 1). Les deux mouvements d'ouverture ont cependant des amplitudes différentes de sorte que l'amplitude de mouvement des soupapes d'admission est inférieure à l'amplitude du mouvement des soupapes d'échappement. Sachant que toutes les soupapes se déplacent à la même vitesse, et que le mouvement de fermeture de chacune de ces soupapes débute une fois qu'elle a atteint la position ouverte prévue, il s'ensuit qu'on débute le mouvement de fermeture des soupapes d'admission alors que le mouvement d'ouverture des soupapes d'échappement n'est pas encore achevé. Tandis que se poursuit le mouvement de fermeture des soupapes d'admission, on amorce et on effectue le mouvement de fermeture des soupapes d'échappement.
Finalement, on achève le mouvement de fermeture des soupapes d'admission avant d'achever le mouvement de fermeture des soupapes d'échappement avec un décalage par exemple de 80 d'angle de vilebrequin. Ce dernier mouvement s'achève comme cela est connu de façon classique quand le piston atteint le point mort haut dans le cylindre.
Dans la deuxième partie du cycle, on maintient les soupapes d'échappement fermées pendant qu'on ouvre puis qu'on ferme les deux soupapes d'admission pour effectuer l'admission de façon classique et ce, avec cette fois une amplitude normale. Précisément, on débute le mouvement d'ouverture des soupapes d'admission lorsque le piston a atteint le point mort haut.
Par conséquent, au cours d'un cycle du moteur tel qu'illustré à la figure 2, on ouvre deux fois chaque soupape d'admission et une seule fois chaque soupape d'échappement. De plus, les deux ouvertures successives de chaque soupape d'admission ont des amplitudes différentes l'une de l'autre, l'amplitude étant moins grande pendant l'échappement que pendant l'admission.
En référence à la figure 2, on va maintenant décrire le mode de mise en oeuvre correspondant à la configuration 2.
Cette fois, en plus du cycle normal à l'échappement et à l'admission, on ouvre les soupapes d'échappement pendant qu'on effectue l'admission avec les soupapes d'admission.
Plus précisément, le cycle se déroule comme suit. On maintient tout d'abord les soupapes d'admission fermées (courbe 1) pendant que l'on ouvre puis que l'on ferme les soupapes d'échappement (courbe 2) pour effectuer l'échappement de façon classique. L'échappement s'achève par leur fermeture lorsque le piston atteint le point mort haut. A ce moment, on débute le mouvement d'ouverture des soupapes d'admission puis, après une période correspondant par exemple à environ 60 d'angle de vilebrequin, on débute un mouvement d'ouverture des soupapes d'échappement. Par conséquent, pendant une certaine durée, on effectue en même temps les mouvements d'ouverture des soupapes d'échappement et d'admission. Les soupapes d'admission ont atteint l'extrémité de leur trajectoire avant que ce soit le cas pour les soupapes d'échappement. Par conséquent, on débute le mouvement de fermeture des soupapes d'admission alors que le mouvement d'ouverture des soupapes d'échappement n'est pas encore achevé. Une fois que ce dernier mouvement est achevé, on se trouve à un endroit du cycle où on effectue en même temps les mouvements de fermeture des soupapes d'échappement et d'admission. Sachant que la trajectoire des soupapes d'échappement n'est pas aussi longue que la trajectoire des soupapes d'admission à cet endroit du cycle, le cycle est agencé de sorte que les deux mouvements de fermeture s'achèvent en même temps. De plus, l'amplitude du mouvement des soupapes d'échappement pendant que sont actionnées les soupapes d'admission est inférieure à leur amplitude pendant la phase d'échappement normale.
On observe par conséquent que, au cours de ce cycle, on ouvre deux fois chaque soupape d'échappement et une seule fois chaque soupape d'admission. De plus, les deux ouvertures successives de chaque soupape d'échappement ont des amplitudes différentes l'une de l'autre, l'amplitude étant moins grande pendant l'admission que pendant l'échappement.
Des distributeurs 12 et 16 permettant de mettre en oeuvre ces lois de commande pourront être facilement réalisés à partir de distributeurs de l'art antérieur.
Dans la configuration 1, l'ouverture des deux soupapes d'admission lors de la phase d'échappement permet qu'une partie des gaz brûlés soit stockée dans le plénum d'admission avant d'être réintroduite dans les cylindres lors de l'admission suivante. Cette courte boucle des gaz d'EGR permet d'introduire des gaz brûlés plus chauds que dans le cas d'un circuit classique.
Dans la configuration 2 dans laquelle les deux soupapes d'échappement sont ouvertes durant la phase d'admission, des gaz brûlés chauds sont introduits en même temps que l'air frais dans le cylindre. Dans cette configuration, les gaz brûlés sont particulièrement chauds.
Chacune de ces deux stratégies permet une réduction importante des émissions d'imbrûlés sans augmentation de la consommation de carburant.
En effet, si on considère la configuration 1 avec une loi de levée de soupape et un étalement optimisés dans le point de fonctionnement de 1 500 tours par minute du moteur et 105 Pa de PME, le procédé permet une réduction des émissions d'hydrocarbures de 40% et ce, sans surconsommation de carburant comme illustré à la figure 3. Dans cette configuration, il n'y a pas d'augmentation de la température à l'échappement comme le montre la figure 4. Contrairement à la configuration 2, il n'y a pratiquement pas de perte de remplissage du moteur par rapport à une loi standard, les gaz d'EGR internes étant plus froids.
Dans le cas de la configuration 2, si on considère le même point de 1 500 tours par minute avec 105 Pa de PME, on obtient une réduction des émissions d'hydrocarbures de 70% sans surconsommation de carburant ici encore. On note également une augmentation de la température à l'échappement de 35 C comme illustré à la figure 4. Cette augmentation est due à la perte de remplissage du moteur par rapport à une loi standard. L'ouverture des soupapes d'échappement lors de la phase d'admission entraîne le remplissage du cylindre en gaz brûlés chauds (à masse volumique faible) qui prennent plus de place qu'une même masse d'EGR externe.
La configuration 2 permet une réduction plus importante des émissions d'imbrûlés et une augmentation de la température à l'échappement. Bien qu'elle semble plus intéressante, la configuration 1 a également son intérêt.
Cette invention peut être mise en oeuvre sur tous moteurs, quel que soit le nombre de soupapes par cylindre (une ou deux soupapes d'échappement, une ou deux soupapes d'admission) et quel que soit le motif des soupapes, qu'il s'agisse de soupapes à 0 ou à 90 .
On observe que, dans la configuration 1, les soupapes d'admission étant ouvertes lors de la phase d'échappement, une partie des gaz brûlés est stockée dans le plénum d'admission avant d'être réintroduite dans le cylindre lors de l'admission suivante. Cette courte boucle des gaz d'EGR permet d'introduire des gaz brûlés plus chauds que dans le cas d'un circuit classique.
Dans la configuration 2 pour laquelle les deux soupapes d'échappement sont ouvertes lors de l'admission, les gaz brûlés chauds sont introduits en même temps que l'air frais. Dès lors, les gaz brûlés sont très chauds.
Ces deux stratégies présentent beaucoup d'avantages. Elles sont particulièrement adaptées au moteur diesel. L'ouverture simultanée des soupapes d'échappement et d'admission permet d'augmenter fortement la quantité d'EGR internes sans engendrer d'impact entre les soupapes et le piston. De plus, il n'y a pas de surconsommation de carburant. L'ouverture simultanée des soupapes d'échappement et d'admission n'a pas de répercution sur la boucle négative de la PMI.
L'invention permet d'augmenter la quantité de gaz d'EGR internes sans accroître la consommation de carburant sur les points de fonctionnement faiblement chargés du moteur ou quand le moteur est froid. Sur les points de fonctionnement moyennement et fortement chargés, c'est 2877047 io le circuit d'EGR externe qui alimente le moteur en gaz brûlés fortement refroidis. En effet, sur ces points de fonctionnement, c'est principalement les émissions de NOx qu'il s'agit de réduire, les émissions d'imbrûlés étant plus faibles et le catalyseur d'oxydation étant amorcé.
Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci. Ainsi, de nombreuses variantes pourront être apportées aux configurations 1 et 2.
Dans la première, on pourrait débuter l'ouverture des soupapes d'admission après le début du mouvement d'ouverture des soupapes d'échappement. On pourrait de même prévoir que les soupapes se ferment toutes en même temps. On pourrait faire en sorte qu'elles aient des trajectoires de même distance.
Dans la configuration 2, on pourra prévoir d'achever le mouvement de fermeture des soupapes d'échappement avant la fermeture complète des soupapes d'admission. De même, on pourrait débuter simultanément les mouvements d'ouverture des soupapes d'échappement et d'admission. On pourrait par ailleurs donner la même portée à leur trajectoire.
Claims (20)
1. Procédé de commande d'un moteur (2) de véhicule caractérisé en ce qu'on donne un mouvement d'ouverture à au moins une soupape d'admission pendant qu'on donne un mouvement d'ouverture à au moins une soupape d'échappement associée à un même cylindre (15) que la soupape d'admission.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on débute en même temps les deux mouvements d'ouverture.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en qu'on débute le mouvement d'ouverture de la soupape d'échappement après avoir débuté le mouvement d'ouverture de la soupape d'admission.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux mouvements d'ouverture ont des amplitudes différentes.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on donne un mouvement de fermeture à la soupape d'admission pendant qu'on donne un mouvement de fermeture à la soupape d'échappement.
6. Procédé de commande d'un moteur (2) de véhicule, caractérisé en ce qu'on donne un mouvement de fermeture à au moins une soupape d'admission pendant qu'on donne un mouvement de fermeture à au moins une soupape d'échappement associée à un même cylindre (15) que la soupape d'admission.
7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on achève le mouvement de fermeture de la soupape d'admission avant d'achever le mouvement de fermeture de la soupape d'échappement.
8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on achève en même temps les deux mouvements de fermeture.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les deux mouvements de fermeture ont des amplitudes différentes.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'on donne un mouvement d'ouverture à la soupape d'admission pendant qu'on donne un mouvement d'ouverture à la soupape d'échappement.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on maintient la soupape d'échappement fermée et pendant ce temps on ouvre puis on ferme la soupape d'admission.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, au cours d'un cycle du moteur, on ouvre deux fois la soupape d'admission et une seule fois la soupape d'échappement.
13. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les deux ouvertures de la soupape d'admission ont des amplitudes différentes.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, 30 caractérisé en ce qu'on maintient la soupape d'admission fermée et pendant ce temps on ouvre puis on ferme la soupape d'échappement.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 ou selon la revendication 14, caractérisé en ce que, au cours d'un cycle du moteur, on ouvre deux fois la soupape d'échappement et une seule fois la 5 soupape d'admission.
16. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les deux ouvertures de la soupape d'échappement ont des amplitudes différentes.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on le met en oeuvre seulement lorsqu'une charge du moteur est inférieure à une valeur prédéterminée.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur est un moteur diesel à injection directe.
19. Moteur (2) de véhicule comprenant: - au moins un cylindre (15) ; et des soupapes d'admission et d'échappement associées au cylindre caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande agencés pour donner un mouvement d'ouverture à la soupape d'admission pendant qu'ils donnent un mouvement d'ouverture à la soupape d'échappement.
20. Moteur (2) de véhicule comprenant: - au moins un cylindre (15) ; et des soupapes d'admission et d'échappement associées au cylindre, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande agencés pour donner un mouvement de fermeture à la soupape d'admission pendant qu'ils donnent un mouvement de fermeture à la soupape d'échappement.
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