FR2904370A1 - Procede de reduction des emissions d'hydrocarbures d'un moteur froid a injection indirecte d'essence et moteur pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de réduction des émissions d'hydrocarbures imbrûlés d'un moteur froid à injection indirecte d'essence. De façon préférentielle, le procédé comprend trois phases successives (I, II, III) après démarrage du moteur à froid : une première phase (I) d'injection d'essence à pression élevée (HP) pendant l'admission, soupapes d'admission ouvertes, une deuxième phase (II) comprenant une injection d'essence principale à pression élevée pendant l'admission, soupapes d'admission au moins en partie ouvertes et une injection d'essence secondaire à pression élevée pendant l'échappement, soupapes d'admission fermées, et une troisième phase (III) d'injection à basse pression (BP), pendant l'échappement, soupapes d'admission fermées.L'invention concerne également un moteur pour la mise en oeuvre du procédé.

Description

PROCEDE DE REDUCTION DES EMISSIONS D'HYDROCARBURES D'UN MOTEUR FROID A

INJECTION INDIRECTE D'ESSENCE ET MOTEUR POUR LA MISE EN îUVRE DE CE PROCEDE L'invention est relative à un procédé de réduction des émissions d'hydrocarbures d'un moteur froid à injection indirecte d'essence. Elle concerne également un moteur à injection 5 indirecte d'essence pour la mise en oeuvre du procédé. La pollution de l'environnement provoquée par les rejets des moteurs à combustion interne constitue une préoccupation qui a amené les autorités à prévoir des normes toujours plus sévères que doivent, respecter les constructeurs 10 automobiles. En particulier, le niveau de libération d'hydrocarbures dans l'atmosphère doit être sensiblement réduit. A cet effet, il est courant, d'une part, de faire appel à la catalyse pour améliorer la combustion des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne et, d'autre part, 15 d'améliorer la combustion dans les moteurs à combustion interne. On a pu constater en particulier que la majeure partie des émissions d'hydrocarbures imbrûlés intervient lorsque le moteur est froid, c'est-à-dire en général au démarrage, car, 2904370 2 dans cette situation, le ou les catalyseurs ne sont pas actifs, la qualité du mélange d'air et de carburant et les conditions thermodynamiques dans le cylindre ne sont pas optimales, ce qui ne permet pas une bonne atomisation/vaporisation du mélange carburé. Il s'ensuit que la combustion ne s'effectue pas correctement, ce qui augmente fortement la formation de polluants produits par le moteur. De façon plus précise, on constate que, pour les véhicules à moteur à essence, l'essentiel des émissions polluantes du véhicule ont lieu lors des premières secondes de fonctionnement du moteur, à froid lorsque le catalyseur n'est pas amorcé. Typiquement, en fonction du cycle normalisé d'homologation, jusqu'à 90% des émissions d'hydrocarbures imbrûlés le sont pendant les premières dizaines de secondes de fonctionnement du moteur, ces cycles comportant une phase de fonctionnement du moteur au ralenti, particulièrement propice aux rejets de polluants de type hydrocarbures imbrûlés. La figure 1 placée en annexe de la présente description illustre très schématiquement la configuration d'un moteur à injection indirecte d'essence. On a représenté sur cette figure qu'un seul cylindre 1, en coupe partielle de ce moteur. Habituellement, un moteur de ce type comprend, un, deux, trois ou quatre cylindres, voire plus. Le cylindre 1 comprend une paroi cylindrique 10 permettant un mouvement vertical alternatif d'un piston 11, surmonté d'une chambre de combustion 18. Cette chambre est alimentée par un mélange air - carburant , référencés Air et Ess , respectivement, via un conduit d'admission 12. Le mode d'injection indirecte implique en effet que l'injecteur 14 associé à ce cylindre pulvérise le carburant sur les parois du conduit d'admission et/ou sur la ou les soupapes d'admission 15, 2904370 3 et non directement dans la chambre de combustion 18. Le moteur étant du type dit "cycle à quatre temps", ce mélange y est admis par l'intermédiaire d'une soupape d'admission 15, pendant le temps dit d'admission. De façon symétrique, après les temps de 5 compression et combustion, les gaz brûlés Ge sont éjectés dans un conduit d'échappement 13 par l'intermédiaire d'une soupape d'échappement 16, pendant le temps d'échappement. Une bougie 17 fournie des étincelles permettant la mise à feu du mélange carburé en fin de temps de compression.

10 De ce qui précède, on comprend aisément que, lors d'un premier démarrage, moteur froid, le conduit d'admission 12 et la soupape correspondante 15 ne sont pas encore chaudes. L'essence peine à s'évaporer par manque d'apport thermique des parois et/ou de la soupape 15 et tend à se re-condenser.

15 Des mesures effectuées en banc d'essai permettent de bien mettre en évidence ce phénomène. La figure 1A, placée en annexe de la présente description, est une courbe montrant les variations du niveau d'émissions d'hydrocarbures imbrûlés en fonction du temps, après 20 un premier démarrage du moteur, c'est-à-dire moteur froid. L'axe vertical est gradué en ppmC d'hydrocarbures imbrûlés et l'axe horizontal en nombre de cycles moteur. On constate bien, à l'étude de cette courbe, que les émissions d'hydrocarbures imbrûlés sont très importantes pendant 25 les tout premiers cycles moteur après démarrage à froid. Il est donc essentiel d'améliorer la combustion de ce type de moteur à froid, c'est-à-dire de bien maîtriser le démarrage de ce moteur et notamment l'injection qui va conditionner la préparation du mélange air/essence.

2904370 4 Dans l'Art connu, on a proposé divers procédés visant à améliorer les conditions de combustion pendant cette phase de démarrage à froid, et par là diminuer la pollution produite par le moteur.

5 Une solution couramment utilisée consiste à réduire le diamètre moyen de gouttes injectées dans la chambre de combustion 18, diamètre caractérisé par la valeur dite diamètre moyen de Sauter. Cette grandeur physique est plus connue sous l'abréviation anglo-saxonne SMD utilisée ci-après (pour 10 Sauter Mean Diameter ). Pour ce faire, on augmente la pression d'injection afin d'offrir une surface d'échange la plus importante possible avec l'air ambiant pour se vaporiser et assurer un mélange le plus homogène possible. Dans cet ordre d'idées, on a constaté que les 15 émissions d'hydrocarbures imbrûlés, lors d'un fonctionnement moteur froid, sont particulièrement importantes dans le cas où le moteur fait appel à des soupapes de type camless (absence d'arbre à cames remplacé par un dispositif à commande électrique, notamment électromagnétique ou électro-hydraulique).

20 Elles restent néanmoins également rédhibitoire dans le cas des moteurs utilisant une distribution classique par arbre à cames. Le Titulaire a pu mettre en évidence que cette émission supérieure d'hydrocarbures imbrûlés du moteur à froid 25 dans le cas de soupapes à commande électrique ou hydrauliques trouve une partie de son origine dans le fait que l'ouverture de la soupape d'admission s'effectue de façon plus rapide avec une telle commande électrique qu'avec une commande classique par came, ce qui limite l'effet d'arrachement du film fluide de 30 carburant déposé sur les conduits d'admission : arrachement lié à l'augmentation des vitesses de gaz aux faibles ouvertures des 2904370 5 soupapes qui permet une atomisation des gouttes de carburant. Cependant, cet effet d'arrachement reste insuffisant dans le cas d'une distribution classique par arbre à cames pour limiter les rejets de polluants.

5 Tirant partie de cette constatation, le Titulaire, dans la demande de brevet français N 05 05507, déposée le 5 avril 2005, a proposé un procédé et un dispositif reposant sur l'augmentation de la pression d'admission de carburant pendant la phase de démarrage à froid du moteur, applicable pour les 10 moteurs à distribution par arbre à cames ou soupapes à commande électriques ou hydraulique. Les figures 2 et 3 placées en fin de la présente description permettent d'illustrer brièvement ce procédé. Dans les deux cas, on a illustré le début de la phase de levée de la 15 soupape d'admission 15-15', lors de l'admission du carburant Ess pulvérisé sur les parois du conduit 12 et de l'air Air amené par ce conduit. Dans le premier cas (Fig. 2), il s'agit d'une soupape d'admission 15 commandée électriquement. L'ouverture est 20 brutale, ce qui se traduit par une section d'ouverture S rapidement importante. Il s'ensuit que la pression décroît très vite, le mélange est imparfait : gouttelettes G associées à un MDS important. Par contre, dans le cas d'une soupape d'admission 15' 25 entraînée mécaniquement (arbre à cames), la phase de début de levée est plus longue. La section d'admission S' est plus étroite, ce qui augmente la pression pendant cette phase. Le MDS des gouttelettes G' obtenues est plus faible et le mélange plus homogène.

30 Plus précisément, selon le procédé enseigné par la demande de brevet précitée, l'ouverture de la soupape 2904370 6 d'admission est commandée en deux phases : une première phase consacrée principalement à l'admission du carburant et une seconde phase consacrée principalement à l'admission d'air, l'ouverture de la soupape étant sensiblement plus faible lors de 5 la première phase que lors de la seconde phase, afin que le carburant soit pulvérisé sous forme de fines gouttelettes lors de cette première phase. En résumé, ce procédé permet d'obtenir des gouttelettes plus fines et, par là de diminuer fortement 10 l'émission d'hydrocarbures, notamment lorsque le moteur est froid. Cependant, ce procédé nécessite obligatoirement de recourir à la technologie de valves à commande électrique, ce qui peut conduire à un coût plus élevé que le recours à une 15 technologie plus classique. Enfin, il est possible d'obtenir des gouttelettes de plus faible "SMD", ce qui permettra d'obtenir corrélativement une diminution encore plus importante des émissions d'hydrocarbure.

20 C'est le but principal que se fixe l'invention. L'invention concerne donc un procédé amélioré de réduction des émissions d'hydrocarbures d'un moteur froid. Pour ce faire, selon une caractéristique importante de l'invention, dans un moteur dit "à quatre temps", on met en 25 oeuvre une injection de carburant (essence) multiple se caractérisant par au moins deux pressions d'injections distinctes, à savoir : une injection dite "haute pression" pendant le temps dit "d'admission", la soupape d'admission 30 étant ouverte lors des premiers cycles de moteur à froid ; et 2904370 7 une injection dite "à faible pression" pendant le temps dit "d'échappement", la soupape d'admission étant fermée. Dans le cadre de l'invention, "faible pression" 5 correspond en amplitude à une pression de type "standard", c'est-à-dire de l'ordre de grandeur de celle mise en oeuvre dans les moteurs de l'art connu. Le fait d'injecter du carburant à haute pression permet à la fois d'obtenir un faible "SMD" et une bonne 10 homogénéisation du mélange "air - carburant", ce malgré que la soupape d'admission soit entièrement ouverte. Par contre, ce mode de fonctionnement présente l'inconvénient d'induire une consommation de carburant plus élevée, liée à l'utilisation d'un dispositif augmentant la 15 pression d'injection. Aussi, une fois que le moteur est chaud, il est possible de revenir au régime classique, c'est-à-dire en mode injection à "faible pression" (ou pression standard) et à soupapes d'admission fermées. En tout état de cause, comme l'a mis en évidence la 20 figure 1A, les émissions d'hydrocarbures imbrûlés ont fortement chuté après un nombre restreint de cycles moteur et il devient inutile de recourir à une pression élevée. Le nombre de cycles à haute pression nécessaire pour obtenir l'effet recherché par l'invention dépend naturellement 25 des caractéristiques particulières d'un moteur donné. L'instant de transition entre les deux phases dépend principalement de la température d'ébullition du carburant, ou paramètre "TVR", qui peut varier typiquement de 30 à 200 C, le carburant étant porté à cette température essentiellement par 30 échange thermique avec le conduit d'admission et/ou la soupape d'admission lorsqu'il s'y dépose.

2904370 8 Cette température dépend notamment de : - la qualité du carburant utilisé ; des conditions de pression et température d'admission.

5 Dans une variante de réalisation préférée, au lieu de prévoir une transition brutale entre les deux modes de fonctionnement (phases d'injection à haute et basse pressions, respectivement), on peut prévoir une phase intermédiaire pendant laquelle la transition entre les deux modes est progressive.

10 Selon cette variante de réalisation, qui comprend trois phases, pendant la deuxième phase ou phase intermédiaire, l'amplitude de la pression d'injection de carburant chute progressivement jusqu'à atteindre la pression standard. En outre, on continue à injecter du carburant, soupape d'injection 15 ouverte, mais on peut aussi réaliser de petites injections de carburant, soupape fermée, de façon à tirer partie des premières calories disponibles pour vaporiser le carburant. En effet, à ce stade, la température du moteur commence croître fortement, même s'il n'a pas encore atteint sa température de croisière.

20 Dans un mode de réalisation supplémentaire encore, on peut avoir aussi recourir à la technologie de commande de soupape de type électrique utilisée dans la demande de brevet français précitée et mise en oeuvre selon les enseignements propres à cette demande de brevet. Ce mode de réalisation, 25 combinant les deux enseignements, permet un fonctionnement encore plus performant et une meilleure élimination de hydrocarbures imbrûlés lorsque le moteur est froid. L'invention a donc pour objet principal un procédé de réduction des émissions d'hydrocarbures d'un moteur froid à 30 injection indirecte d'essence, ledit moteur fonctionnant selon un cycle à quatre temps, dits de combustion, échappement, 2904370 9 admission et compression, le moteur comprenant au moins un cylindre muni d'au moins une soupape d'admission d'un mélange air-essence, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux phases successives de fonctionnement après démarrage du moteur à 5 froid : - une première phase à injection d'essence sous une pression élevée pendant le temps d'admission, chaque soupape d'admission étant entièrement ouverte ; et une deuxième phase à injection à basse pression, 10 pendant le temps d'échappement, chaque soupape d'admission étant fermée ; la deuxième phase étant initiée après un nombre déterminé de cycles moteur. L'invention concerne aussi un moteur à injection 15 indirecte d'essence pour la mise en oeuvre de ce procédé. L'invention va maintenant être décrite de façon plus détaillée en se référant aux dessins annexés, parmi lesquels : - La figure 1 illustre très schématiquement la 20 configuration d'un moteur à injection indirecte d'essence; - la figure 1A est une courbe illustrant les variations d'émission d'hydrocarbure en fonction du nombre de cycles moteurs, lors d'un démarrage à 25 froid ; - Les figures 2 et 3 illustrent schématiquement l'admission de carburant lorsque le levée de soupape est faible (début d'admission ou levée partielle :figure 3) et que l'effet d'augmentation 30 des vitesses de gaz améliore la vaporisation et 2904370 10 lorsque la levée de soupape est importante (figure 2) ; les figure 4A à 4C illustrent schématiquement les phases du procédé de l'invention dans un mode de 5 réalisation préféré ; les figures 5A et 5B sont des courbes explicitant les variations de pressions d'injection de carburant pendant les phases du procédé de l'invention ; et La figure 6 illustre schématiquement la 10 configuration d'un moteur à injection indirecte d'essence pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Dans ce qui suit les éléments communs à plusieurs figures portent les mêmes références et ne seront re-décrits 15 qu'en tant que de besoin. On va maintenant décrire un mode de réalisation préféré du procédé de réduction d'émission d'hydrocarbures imbrûlés d'un moteur à injection indirecte d'essence lors d'un démarrage à froid en regard de la description des figures 4A à 20 4C. En soi, la configuration d'un moteur utilisable dans le cadre de l'invention est tout à fait semblable à celle d'un moteur de l'art connu. Le moteur ne nécessite en effet aucune modification l'injection de carburant et la temporisation des 25 ouvertures de soupapes. Ces aspects apparaîtront plus clairement dans ce qui suit. On supposera donc que le moteur est du type décrit en regard de la figure 1. Bien qu'un seul cylindre 1 ait été représenté, il est clair que l'invention concerne les moteurs possédant un ou plusieurs cylindres.

30 Comme il a été également rappelé, la commande des soupapes peut être indifféremment de type classique (arbre à 2904370 11 cames), ou de type dit camless (absence d'arbre à cames remplacé par un dispositif de commande électrique ou hydraulique des soupapes). Le mode de réalisation préféré du procédé de 5 l'invention comprend trois phases principales. La figure 4A illustre la première phase, référencée I, c'est-à-dire lors du démarrage à froid du moteur. Pendant cette phase, les premières injections d'essence sont effectuées pendant le temps d'admission, soupape 10 d'admission entièrement ouverte et, selon la caractéristique principale de l'invention, à pression d'injection élevée. Sur la figure 4A (ainsi que sur les figures 4B et 4C), on a représenté les quatre temps de fonctionnement du moteur : combustion, échappement, admission et compression, ainsi que les 15 points dits "Mort Haut" ( " PMH") et "mort Bas" ( "P ") successifs, correspondant aux positions du piston 11 (figure 1) dans le cylindre 10 du moteur 1 lors de ces quatre temps. On a également fait figurer la période d'injection à haute pression sous la référence "Injection ppal HP". Cette 20 période pouvant occuper la quasi-totalité de l'intervalle du temps d'admission en fonction du point de fonctionnement du moteur. Au bout de quelques cycles moteur, la phase II est initialisée. Cette phase II est illustrée par la figure 4B.

25 Comme précédemment, on procède à une injection de carburant dite "principale", à haute pression et à soupape d'admission ouverte. La durée de l'injection de carburant "Injection ppal HP" est cependant plus courte que précédemment et on diminue progressivement, d'un cycle moteur au suivant, 30 l'amplitude de la pression d'injection.

2904370 12 En outre, dans un mode de réalisation préféré, on procède à une injection de carburant dite "secondaire", référencée sur la figure 4B "Injection sec.", dont les caractéristiques sont les suivantes elle est réalisée à 5 soupape d'admission fermée, c'est-à-dire pendant le temps d'échappement, et elle est de relative courte durée. L'amplitude de la pression d'injection secondaire est la même que celle de la pression principale. En variante, pendant cette phase II et lors de 10 l'injection principale à haute pression, la soupape d'admission peut n'être que partiellement ouverte et la levée de soupape diminuer progressivement d'un cycle moteur au suivant. Pour fixer les idées, la levée de soupape peut varier typiquement entre 0 et 2 mm.

15 De cette manière, on tire profit de l'échauffement progressif du moteur et on commence à utiliser les premières calories disponibles pour vaporiser le carburant, par contact thermique avec les surfaces métalliques du conduit 12 (Fig. 1) et de la soupape d'admission 15.

20 Enfin, lorsque le moteur atteint sa température de croisière (moteur chaud), la phase III est initialisée. Cette phase III est illustrée par la figure 4C. Cette phase III se caractérise par une injection de carburant dite "principale", à basse pression, référencée 25 "Injection ppal BP" sur la figure 4C, soupape d'admission fermée, c'est-à-dire pendant le temps d'échappement. La durée de l'injection principale à basse pression peut occuper la quasi-totalité de l'intervalle du temps d'échappement, selon le point de fonctionnement moteur.

30 Lors de cette phase, la soupape d'admission et les conduits sont désormais chauds. Ils ont atteint leur température 2904370 13 de "croisière". En réalité, pendant cette phase, le moteur fonctionne comme un moteur classique de l'art connu. La pression d'injection peut être celle mise en oeuvre dans un tel moteur. La figure 5A illustre schématiquement la variation de 5 la pression d'injection de carburant en fonction du nombre de cycles moteur NCM. On constate la présence d'un premier pallier de pression constante (haute pression HP), pendant la phase I, puis une décroissance progressive, a priori linéaire, pendant la phase II , jusqu'à atteindre un deuxième pallier de pression 10 constante (basse pression BP), pendant la phase III. Pour fixer les idées, dans l'exemple décrit, qui est propre à un type particulier de moteur, la phase I dure cinq cycles moteurs (NCM = 1 à 5), la deuxième dix cycles moteurs (NCM = 5 à 15), et la phase III débute à partir du cycle moteur 15 NCM = 15. Il doit cependant être clair que ces valeurs sont dépendantes de chaque application et font l'objet d'une calibration spécifique. La figure 5B illustre très schématiquement la transition entre un fonctionnement moteur froid (phase I) et un 20 fonctionnement moteur chaud (phase II), le point d'articulation étant NCM = 10, dans l'exemple illustré. Pour fixer les idées, la pression d'injection élevée est typiquement supérieure ou égale à 9 bars (9 105 Pascals) et la basse pression d'injection sensiblement égale à 3,5 bars (3,5 25 105 Pascals). Il doit cependant être clair que, en fonction du type de moteur et des conditions de fonctionnement, la pression d'injection dite élevée peut être inférieure à 9 bars, mais reste supérieure en tous les cas à la pression d'injection dite basse.

30 Le nombre de cycles moteur NCM à haute pression dépend du moteur particulier considéré, de la température de 2904370 14 démarrage, des conditions de chauffe de ce moteur, des conditions de mise en charge de celui-ci consécutives aux démarrages. De façon pratique, on met en oeuvre une stratégie de contrôle adaptée prenant en compte ces paramètres et 5 permettant de définir le moment de transition entre fonctionnements à forte pression d'injection et à pression d'injection classique. A titre principal, l'instant qui caractérise la transition entre ces modes de fonctionnement est la température 10 d'ébullition du carburant, paramètre connu sous le sigle "TVR". Cette température varie typiquement entre 30 et 200 C. Elle dépend essentiellement: - de la qualité du carburant utilisé ; et - des conditions de pression et de température de 15 l'admission. Dans la pratique on détermine, lors de sa conception, un modèle de comportement approprié pour un moteur de caractéristiques données. En fonctionnement opérationnel du moteur, on utilise 20 des données mesurées en temps réel par différents capteurs. Ces capteurs sont habituellement présents sur les moteurs de technologie récente, ce qui n'entraîne pas de coût et/ou de complexité supplémentaires. Cet aspect constitue d'ailleurs un avantage supplémentaire de l'invention qui ne recourt qu'à des 25 technologies classiques mises en oeuvre sur les moteurs modernes. Les mesures effectuées par les capteurs sont traitées par une unité de contrôle embarquée, par exemple un calculateur numérique à programme enregistré, également présent sur la plupart des véhicules modernes.

30 Pour les besoins propres à l'invention, on utilise notamment des mesures de température de l'eau, de l'huile, et de 2904370 15 nombre de cycles moteurs NCM effectués depuis le démarrage du moteur à froid. Comme il vient d'être décrit, le procédé selon le mode réalisation préféré de l'invention comprend trois phases, ce qui 5 permet une bonne optimisation. Cependant le procédé peut, sans sortir du cadre de l'invention, ne comprendre que deux phase : la phase I et la phase III. Dans une variante de réalisation supplémentaire, on 10 peut combiner les enseignements propres à l'invention et ceux de la demande de brevet français précitée N 05 05507, déposée le 5 avril 2005. Ces derniers enseignements ont été brièvement rappelés dans le préambule de la présente description, par référence à la figure 3.

15 Cette demande de brevet enseigne un procédé de commande d'un moteur à combustion interne comportant au moins une soupape d'admission à commande électrique, caractérisé en ce que, pour réduire les émissions d'hydrocarbures imbrûlés par le moteur à combustion interne 20 froid, l'ouverture de la soupape est commandée en deux phases successives, la première phase correspondant principalement à l'admission du carburant et la seconde phase principalement à l'admission d'air, l'ouverture de la soupape étant sensiblement plus faible lors de la première 25 phase que lors de la seconde phase afin que le carburant soit pulvérisé sous forme de fines gouttelettes lors de cette première phase. Dans une variante de ce procédé, la soupape est ouverte deux fois pendant le temps d'admission du moteur, au 30 moins l'une des ouvertures étant commandée en deux phases.

2904370 16 Dans une variante toujours, la seconde ouverture, dite levée principale, comporte les deux phases, la première phase étant effectuée à faible ouverture, principalement pour admettre du carburant.

5 On va maintenant décrire un exemple de configuration de moteur M à injection indirecte d'essence par référence à la figure 6. En soi, cette configuration est très semblable à celle d'un moteur classique de l'art connu, comme il va l'être 10 constaté. Les différences seront explicitées ci-après. Pour fixer les idées, le moteur M est supposé comporter quatre cylindres dans l'exemple décrit, la à 1d. Chaque cylindre (tel le cylindre la représenté dans un encadré en pointillé) est semblable sinon identique au cylindre 15 représenté sur la figure 1. Aussi, pour ne pas surcharger la figure 6, seuls les éléments indispensables à la bonne compréhension de l'invention ont été référencés de nouveau. Les cylindres, par exemple le cylindre la, sont 20 alimentés par un mélange air - essence (références : Air et Ess) via la soupape d'amission 15. La bougie 17 (figure 1) est alimentée en énergie électrique par une bobine 170. Les gaz brûlés Ge sont éjectés via la soupape d'échappement 16 vers un tuyau échappement 22 - 23. Entre les deux tronçons de ce tuyau 25 d'échappement, on insère, de façon classique, un catalyseur 8, de façon à améliorer le post-traitement des gaz d'échappement. Le tuyau d'échappement, 22 - 23, est muni habituellement de deux sondes de teneur en oxygène, 80 et 81. Le moteur M comprend un réservoir d'essence 30 classique 3 muni d'un capteur de niveau de carburant 30. L'essence Ess est transportée par une conduite 31 aux conduits 2904370 17 d'admission de chaque cylindre, par exemple au conduit d'admission 12 (figure 1). L'air Air est transporté par une conduite 90 pour être injecté dans le conduit d'admission de chaque cylindre, par 5 exemple le conduit 12 (figure 1) du cylindre la, via un filtre à air 9 et un papillon motorisé 21, et mélangé au carburant Ess. On prévoit habituellement un capteur de température d'air 20 sur l'arrivée d'air. Le moteur M peut comprendre également une pompe d'air 10 secondaire 7, côté échappement. On prévoit habituellement un organe 50, dénommé canister , ainsi qu'une purge 50, disposés entre la conduite d'arrivée d'air Air et le réservoir d'essence 3. On prévoit également un ou plusieurs capteurs de 15 température d'eau, 25, et d'huile, 26, respectivement. Enfin, selon une caractéristique importante de l'invention, on prévoit des moyens permettant d'injecter le carburant Ess sous pression variable. Dans le mode de réalisation illustré par la figure 6, 20 on a prévu une pompe d'injection (non explicitement représentée) munie de deux régulateurs de pression d'essence distincts : un régulateur basse pression 6a, et un régulateur haute pression 6b. En fonction de l'activation de l'un ou l'autre de ces régulateurs, 6a ou 6b, et pendant les intervalles 25 d'activation, les injecteurs, par exemple l'injecteur 14 du cylindre la, sont alimentés en carburant Ess, sous basse pression (notamment pendant la phase III : figure 4C) ou haute pression, respectivement (notamment pendant la phase I : figure 4A).

30 Dans une autre variante de réalisation (non représentée), on prévoit deux pompes d'injection distinctes.

2904370 18 Chaque pompe délivre le carburant Ess, l'une sous pression élevée, l'autre sous basse pression, selon le schéma temporel des figures 4A à 4C. En outre, comme il a été indiqué, dans certains modes 5 de réalisation du procédé selon l'invention, l'amplitudede la pression peut être modulée dans le temps (par exemple, pendant la phase II : figure 4B). Les mesures effectuées sur le moteur M à l'aide des différents capteurs sont traitées habituellement par une unité 10 de contrôle électronique 4, par exemple un calculateur numérique à programme enregistré. Un tel organe peut être, en soi, d'un type tout à fait classique. Seuls les arrangements matériels de circuits électroniques et/ou les programmes ( logiciels ) doivent être modifiés et/ou complétés pour implémenter le 15 procédé selon l'invention. L'unité de contrôle 4 comprend notamment des liaisons 41 recevant des signaux de mesure en provenance des différents capteurs qui on été décrits précédemment, des liaisons 42 permettant des conversions analogiques-numériques, 20 et des liaisons 40 de commande d'actuateurs (non représentés) de différents organes du moteur M : des injecteurs, par exemple 14 (figure 1), des soupapes, par exemple 16, etc., ce qui une fois de plus est classique en soi. Cependant, de façon plus spécifique au procédé de 25 l'invention, le contrôleur 4 élabore les signaux de commande 40 des actuateurs (par exemple agissant sur les régulateurs de pression, 6a ou 6a, pour que les injecteurs (par exemple figure 1 : 14) soient alimentés en carburant Ess, à basse ou haute pression, selon un schéma temporel déterminé (figures 4A à 30 4C), en fonction des signaux de mesure délivrés par les 2904370 19 différents capteurs, notamment du nombre de cycles moteur NCM, et des températures mesurées. Dans certains mode de réalisation (phase II : figure 4B), le schéma temporel d'alimentation en carburant des 5 injecteurs, l'amplitude de la pression d'injection, et/ou l'amplitude des levées de soupapes d'admission, se traduisent par des signaux de commande d'actuateurs également spécifiques Enfin, dans un mode de réalisation supplémentaire, combinant les enseignements de la présente invention et ceux 10 demande de brevet français N 05 05507 précitée, qui ont été rappelé précédemment, les levées de soupapes d'admission sont également commandées de façon spécifique selon un schéma temporel prédéfini. Plus particulièrement, l'ouverture des soupapes d'admission est commandée en deux phases successives, 15 la première phase correspondant principalement à l'admission du carburant Ess et la seconde phase principalement à l'admission d'air Air, comme il a été rappelé. Naturellement, y compris dans cette variante de réalisation, selon la caractéristique principale du procédé 20 de l'invention, pendant un nombre déterminé de cycles moteur NCM, l'injection de carburant Ess, dite principale, c'est-à-dire celle réalisée pendant le temps d'admission, s'effectue à pression élevée (phase I : figure 4A, et phase II : figure 4B).

25 On constate, à la lecture de ce qui précède, que l'invention atteint bien les buts qu'elle s'est fixés. Elle présente de nombreux avantages, elle permet d'atteindre une réduction très élevée des émissions d'hydrocarbures imbrûlés d'un moteur froid à injection 30 indirecte d'essence, sans nécessiter de modifications 2904370 20 significatives des organes constitutif du moteur, ni d'avoir recours à des solutions complexes et onéreuses. En réalité, si on recourt à une solution logicielle (calculateur numérique à programme enregistré) pour le 5 traitement des signaux acquis par les capteurs et la génération de signaux de commande des différents actuateurs, les modifications nécessitées par le procédé de l'invention se résument, pour l'essentiel, à une adaptation des programmes implémentés dans les moyens de mémoire du 10 calculateur. L'invention n'est toutefois pas limitée aux seuls exemples de réalisation qui ont été explicitement décrits, par référence notamment aux figures 4A à 6. De même, des exemples numériques précis n'ont été donnés 15 que pour mieux mettre en évidence les caractéristiques essentielles de l'invention et ne résultent que d'un choix technologique, en soi à la portée de l'Homme de Métier. Ils ne sauraient limiter de quelle que manière que ce soit la portée de l'invention.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Procédé de réduction des émissions d'hydrocarbures imbrûlés d'un moteur froid à injection indirecte d'essence, ledit moteur fonctionnant selon un cycle à quatre temps, dits de combustion, échappement, admission et compression, le moteur comprenant au moins un cylindre muni d'au moins une soupape d'admission d'un mélange air-essence, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux phases successives de fonctionnement après démarrage du moteur à froid : une première phase (I) à injection d'essence sous une pression élevée (HP) pendant le temps d'admission, chaque soupape d'admission (15) étant entièrement ouverte ; et une deuxième phase (III) à injection à basse pression (BP), pendant le temps d'échappement, chaque soupape d'admission (15) étant fermée ; la deuxième phase étant initiée après un nombre déterminé de cycles moteur (NCM).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 20 qu'il comprend une phase de fonctionnement intermédiaire (II) entre les première (I) et deuxième (III) phases, cette phase intermédiaire (II) comprenant une injection d'essence (Ess) dite principale sous une pression élevée (HP) pendant le temps d'admission, chaque soupape d'admission (15) étant au moins en 25 partie ouverte et une injection d'essence (Ess) dite secondaire à pression élevée (HP) pendant le temps d'échappement, chaque soupape d'admission (15) étant fermée.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'amplitude de la pression de l'injection principale 30 d'essence (Ess) pendant la phase intermédiaire (II) diminue progressivement d'un cycle moteur au suivant.

4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'amplitude de l'ouverture de chaque soupape d'admission (15), dite levée, pendant la phase de 15 2904370 22 fonctionnement intermédiaire (II), lors de l'injection principale, diminue progressivement d'un cycle moteur au suivant.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce 5 que l'amplitude de levée de chaque soupape d'admission (15) varie entre 0 et 2 mm.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'amplitude de la pression élevée (HP) égale ou supérieure à 9 105 Pascals et l'amplitude 10 de la basse pression (BP) est sensiblement égale à 3,5 105 Pascals.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les instants commandant les transitions entre les phases de fonctionnement (I, II, III) sont déterminées à partir d'un modèle de comportement du moteur (M) élaboré lors de sa conception et du traitement par une unité de calcul de mesures (4) acquises par une pluralité de capteurs (20, 25, 26) de grandeurs physiques liées au fonctionnement du moteur O.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, le moteur (M) étant refroidi par de l'eau et lubrifié par de l'huile, les grandeurs physiques mesurées comprennent la mesure des températures de l'eau (25) et de l'huile (26), et le nombre de cycles moteurs (NCM) effectués depuis un démarrage à froid du moteur O.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première phase de fonctionnement (I) dure cinq cycles moteur, la phase intermédiaire (II) de fonctionnement dix cycles moteur et la deuxième phase de fonctionnement (III) débute après quinze cycles moteur.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des soupapes d'admission (15) étant à commande électrique, l'ouverture de chaque soupape (15) est commandée en deux phases successives, la première phase correspondant principalement à l'admission d'essence (Ess) et la seconde phase principalement à l'admission 2904370 23 d'air (Air), l'ouverture de chaque soupape étant sensiblement plus faible lors de la première phase que lors de la seconde phase.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce 5 que chaque soupape d'admission (15) est ouverte deux fois pendant le temps d'admission du moteur (M), au moins l'une des ouvertures étant commandée en deux phases.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la seconde ouverture, dite levée principale, comporte les 10 deux phases, avec la première phase à faible ouverture principalement pour l'admission d'essence (Ess).

13. Moteur à injection indirecte d'essence pour la mise en oeuvre du procédé de réduction des émissions d'hydrocarbures imbrûlés d'un moteur froid à injection indirecte d'essence selon 15 l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins des moyens de commande (6a, 6b) d'injection d'essence (Ess) sous au moins deux amplitudes de pressions distinctes, dite haute (HP) et basse (BP) pressions, réparties selon un schéma temporel déterminé fonction notamment 20 du nombre de cycles moteurs effectués (NCM) après un démarrage à froid.

14. Moteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de commande d'injection d'essence sous au moins deux amplitudes de pressions distinctes comprennent une pompe à 25 essence associées à deux régulateurs de pression (6 a, 6b), un premier régulateur (6b) délivrant l'essence sous la pression élevée et un deuxième régulateur (6a) sous la pression basse.

15. Moteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de commande d'injection d'essence sous au moins 30 deux amplitudes de pressions distinctes comprennent deux pompes à essence, la première délivrant l'essence (Ess) sous la pression élevée (HP) et la deuxième sous la pression basse (BP).

16. Moteur selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend, une pluralité d'actuateurs 35 agissant sur des injecteurs d'essence (14) et sur chacune des 2904370 24 soupapes d'admission (15) , une pluralité de capteurs (20, 25, 26) de grandeurs physiques liées au fonctionnement du moteur (M) et des moyens de calculs et de commande (4) élaborant à partir de ces grandeurs physiques et d'un modèle de comportement du 5 moteur (M), établi lors de sa conception, des signaux de commandes (40) des actuateurs, de manière à obtenir le schéma temporel déterminé.

17. Moteur, selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens de calculs et de commande comprennent un 10 calculateur numérique à programme enregistré (4).