Brevet FR2722248A1 — publié le 19960112

La présente invention est relative à un procédé et un dispositif de régulation de la richesse de combustion d'un moteur à combustion inteme, plus particulièrement adapté à un moteur à injection directe, à deux ou quatre temps, fonctionnant en mélange pauvre. On connaît de la technique antérieure, par exemple de la demande de brevet FR 2 657 398, un procédé de commande d'un moteur à injection directe et allumage commandé, dans lequel on détecte le degré d'enfoncement d'une pédale d'accélérateur et le régime du moteur pour en tirer des paramètres de réglage optimal du moteur, dont entre autres la durée et la phase d'injection de carburant ainsi que l'angle d'ouverture d'un papillon d'admission motorisé. Ce type de commande offre beaucoup d'avantages, mais présente une grande sensibilité au choix des paramètres de réglage ainsi qu'à leur dérive éventuelle liée à l'évolution dans le temps des caractéristiques des composants du système. On a pu remarquer que parmi les points les plus sensibles figuraient la stabilité de combustion et les émissions de polluants tels que les hydrocarbures imbrûlés, I'oxyde de carbone et les oxydes d'azote. Ces derniers sont d'autant plus Importants qu'une très faible proportion d'entre eux peut être éliminée par l'emploi d'un pot catalytique, car leur réduction est rendue difficile par le milieu oxydant créé par une combustion en mélange pauvre. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé de commande d'un moteur à combustion interne et à injection directe, particulièrement adapté à la régulation de la richesse de combustion, afin de minimiser ces émissions de polluants. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront dans la suite de la présente description, au moyen d'un procédé de régulation de la richesse de combustion d'un moteur à combustion interne à injection directe, utilisant au moins la détection du degré d'enfoncement d'une pédale d'accélérateur et la détection du régime du moteur pour agir sur l'angle d'ouverture d'un papillon d'admission motorisé. Selon l'invention, on tire du degré d'enfoncement de la pédale et du régime un angle d'ouverture nominal du papillon, une quantité de carburant optimale à fournir au moteur. et une valeur de la richesse optimale de combustion, on mesure la richesse de combustion obtenue et on déduit de l'écart entre la richesse optimale et la richesse mesurée une correction de l'angle d'ouverture du papillon. Suivant une caractéristique avantageuse de la présente invention, I'angle d'ouverture nominal du papillon, la quantité de carburant optimale à foumir au moteur, et la valeur de la richesse optimale de combustion sont obtenues par interpolation dans des tables définies en fonction du degré d'enfoncement de la pédale et du régime lors de la mise au point du moteur. Suivant une autre caracténstique importante de la présente invention, lorsque le moteur est en phase de ralenti, I'angle d'ouverture nominal du papillon et la valeur de la richesse optimale de combustion sont prédéterminés et indépendants du degré d'enfoncement de la pédale et du régime, et la quantité de carburant optimale est déterminée en fonction de l'écart entre le régime du moteur et un régime de consigne prédéterminé L'invention a également pour objet un dispositif adapté à la mise en oeuvre de ce procédé. Ce dispositif comporte classiquement au moins un calculateur, une pédale d'accélérateur adaptée pour fournir un signal représentatif de son degré d'enfoncement, un capteur du régime de rotation du moteur, des moyens d'alimentation du moteur en carburant, et un papillon d'admission motorisé. Selon l'invention, ce dispositif comporte en outre des moyens de mesure de la richesse de combustion et le calculateur comprend des moyens de détermination de la richesse optimale de combustion, des moyens de détermination d'un angle d'ouverture nominal du papillon, lesdits moyens réagissant au degré d'enfoncement de la pédale et au régime du moteur, et des moyens pour déduire de l'écart entre la richesse optimale et la richesse mesurée une correction de l'angle d'ouverture nominal du papillon. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente le schéma d'un moteur équipé du dispositif de régulation de richesse selon l'invention, - la figure 2 représente un schéma-bloc d'un calculateur faisant partie du dispositif selon l'invention, et - la figure 3 représente un schéma détaillé de l'un des blocs fonctionnels du calculateur. On se réfère maintenant à la figure 1 où on a représenté un moteur à combustion interne 1 à injection directe, équipé d'un pot d'échappement catalytique 2. Une sonde 3 de mesure de richesse des gaz d'échappement est disposée entre le moteur et le pot catalytique. Cette sonde est par exemple du type dit proportionnel, c'est à dire capable de mesurer la teneur en oxygène des gaz d'échappement pour des nchesses de combustion comprises entre 0,2 et 1. Cette sonde délivre un signal représentatif de la richesse de combustion Xm à un calculateur 11 commandant le fonctionnement du moteur. Le calculateur 11 reçoit également un signal PP représentatif de l'enfoncement d'une pédale d'accélérateur4, un signal représentatif du régime N du moteur délivré par un capteur de régime 5, ainsi que des signaux représentatifs de la température Te du liquide de refroidissement et de la température Ta de l'air admis, délivrés respectivement par des capteurs 6 et 9. Le calculateur 1 1 élabore des signaux de commande sur la base de ces signaux et en fonction de stratégies programmées. En particulier, le calculateur délivre à des moyens d'alimentation en carburant, par exemple un injecteur 7, un signal représentatif de la quantité Ti de carburant à injecter dans le moteur, ce signal définissant par exemple la phase et la durée d'injection du carburant. Le calculateur commande également un papillon d'admission motorisé 10 placé dans le conduit d'admission, au moyen d'un signal définissant un angle aP d'ouverture du papillon, ainsi que des moyens d'allumage 8 par un signal All. Le fonctionnement du dispositif va maintenant être détaillé en liaison avec la figure 2 qui représente l'architecture fonctionnelle du calculateur 11. Le régime N de rotation du moteur et le degré d'enfoncement PP de la pédale d'accélérateur 4 sont distribués à des moyens 110 de détermination d'une richesse optimale X0 de fonctionnement, à des moyens 111 de détermination d'une ouverture nominale aPO du papillon 10, à des moyens 112 de détermination de la quantité optimale Ti de carburant à Injecter, ainsi qu'à des moyens 114 de discrimination d'un état de ralenti du moteur. Ces derniers moyens fournissent aux trois moyens de détermination précédents un signal permettant de discriminer le fonctionnement du moteur entre un fonctionnement normal et un fonctionnement en phase de ralenti. Par exemple. s le régime N est inférieur à un régime prédéterminé et le degré d'enfoncement PP de la pédale d'accélérateur est sensiblement nul, alors ce signal indique que le moteur est en phase de ralenti. En fonctionnement normal du moteur, les moyens 110, 111 et 112 fournissent respectivement, pour le point de fonctionnement défini par le régime N et le degré d'enfoncement PP de la pédale, une valeur de richesse optimale k0, un angle d'ouverture nominal aPO du papillon, et une quantité optimale Ti de carburant à injecter, par interpolation dans des tables établies lors de la mise au point du moteur. La richesse optimale ho ainsi définie est alors comparée à la richesse mesurée tm fournie par la sonde 3 pour en tirer un écart de richesse Ak Cet écart de richesse sert de paramètre d'entrée à un contrôleur 113 qui délivre en sortie une correction d'angle d'ouverture SaP du papillon d'admission. Cette correction est alors appliquée à la valeur d'ouverture nominale aPO déterminée par les moyens 111 pour en déduire l'angle d'ouverture réel aP qui sera appliqué au papillon 10. Le contrôleur 113 peut être un contrôleur classique de type proportionnel, intégral et dérivé (P.l.D.) ou basé sur la "logique floue" La correction d'angle d'ouverture SaP du papillon sera positive si la richesse mesurée est supérieure à la richesse optimale A0 déterminée par les moyens 110 et négative dans le cas contraire. On remarque qu'on obtient ainsi une régulation de la richesse de fonctionnement du moteur autour d'une richesse optimale déterminée lors de la mise au point du moteur comme étant celle qui permet la meilleure stabilité de combustion, particulièrement aux faibles régimes et faibles couples, tout en optimisant les émissions de polluants, et que cette régulation s'effectue avantageusement sans agir sur la quantité de carburant Ti fournie au moteur. On a en effet constaté que, particulièrement dans le cas des moteurs fonctionnant sur un cycle à deux temps, la quantité de carburant fournie au moteur est un paramètre essentiel dans le couple délivré. En outre, ce procédé de régulation de richesse permet de s'affranchir des variations entre moteurs et des dérives de caractéristiques telles que le débit des injecteurs ou la perméabilité du papillon dues au vieillissement des composants. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif lorsque le moteur est en phase de ralenti. Comme on l'a vu précédemment, les moyens de discrimination 114 fournissent alors un signal indiquant cet état aux moyens 110 de détermination de la richesse optimale iw0, , aux moyens 111 de détermination de l'ouverture nominale aPO du papillon 10 et aux moyens 112 de détermination de la quantité optimale Tl de carburant à injecter. Dans ce cas, les moyens 110 et 111 sont adaptés pour fournir en sortie respectivement une valeur de richesse et un angle d'ouverture nominal du papillon prédéterminés, indépendants du régime N et du degré d'enfoncement PP de la pédale d'accélérateur. Comme on peut le voir sur la figure 3, les moyens 112 de détermination de la quantité optimale de carburant réagissent à l'indication d'un état de ralenti par le basculement de moyens de commutation 1123, reliés à la sortie du signal représentatif de la quantité optimale Ti de carburant. La quantité Ti n'est alors plus déterminée par les moyens 1121, constitués comme décrit précédemment par une table adressée en fonction du régime N et du degré d'enfoncement PP de la pédale, qui étaient préalablement actifs hors ralenti, mais par la sortie de moyens 1122 de détermination de la quantité de carburant optimale au ralenti. Ces moyens 1122 sont constitués par un contrôleur, par exemple de type P.l.D. sensible à l'écart existant entre le régime réel N du moteur et un régime de consigne No de ralenti. La quantité de carburant fournie au moteur est alors diminuée si le régime N est supérieur au régime de consigne No et augmentée dans le cas contraire. Cette disposition présente l'avantage d'agir rapidement sur le couple de sortie du moteur lors d'une vanation de régime causée par exemple par l'enclenchement d'un dispositif consommateur externe tel qu'un climatiseur. On constate alors qu'une augmentation de la quantité de carburant entraîne une augmentation de la richesse mesurée tm qui s'écarte donc de la richesse optimale prédéterminée k0. Dès lors, le contrôleur 113 de correction d'ouverture du papillon agit en générant une correction SaP positive qui s'ajoute à l'angle d'ouverture prédéterminé délivré par les moyens 111, tendant ainsi à ouvrir davantage le papillon d'admission. On obtient ainsi un procédé d'ouverture automatique du papillon des gaz lors d'une augmentation de la demande de couple au moteur. Bien entendu, I'invention peut être adaptée pour que le procédé de régulation de la richesse décrit ne soit actif que sous certaines conditions. Par exemple, on pourra limiter ou différer l'action du contrôleur 113 jusqu'à ce que la température Te du liquide de refroidissement dépasse un seuil prédéterminé, de l'ordre de 50"C par exemple. De même on pourra adapter les différents moyens de détermination 110 à 112 de manière à les rendre en outre sensibles à d'autres paramètres comme les températures d'air Ta et de liquide de refroidissement Te qui pourraient alors influer sur les valeurs fournies, tant en fonctionnement normal qu'au ralenti. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation de la richesse de combustion d'un moteur à combustion interne (1) à injection directe, du type utilisant au moins la détection du degré d'enfoncement (PP) d'une pédale d'accélérateur (4) et la détection du régime (N) du moteur pour agir sur l'angle d'ouverture (aP) d'un papillon d'admission motorisé (10), caractérisé en ce que on tire du degré d'enfoncement de la pédale (PP) et du régime (N) un angle d'ouverture nominal (aPO) du papillon, une quantité de carburant (Ti) optimale à fournir au moteur, et une valeur de la richesse optimale (ho) de combustion, on mesure la richesse de combustion (Sm) obtenue et, on déduit de l'écart entre la richesse optimale (X0) et la richesse mesurée (km) une correction (tau) de l'angle d'ouverture du papillon. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle d'ouverture nominal (aPO) du papillon. la quantité de carburant (Ti) optimale à fournir au moteur, et la valeur de la richesse optimale (ho) de combustion sont obtenues par interpolation dans des tables définies en fonction du degré d'enfoncement de la pédale (PP) et du régime (N) lors de la mise au point du moteur. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque le moteur est en phase de ralenti, I'angle d'ouverture nominal (aPO) du papillon et la valeur de la richesse optimale (-o) de combustion sont prédéterminés et indépendants du degré d'enfoncement de la pédale (PP) et du régime (N) et en ce que la quantité de carburant (Ti) optimale est alors déterminée en fonction de l'écart entre le régime (N) du moteur et un régime de consigne prédéterminé (No). 4. Dispositif de régulation de la richesse de combustion d'un moteur à combustion Interne (1) à injection directe. du type comportant: . au moins un calculateur (11). . une pédale d'accélérateur (4) adaptée pour fournir un signal représentatif de son degré d'enfoncement (PP). . un capteur (5) du régime de rotation (N) du moteur, . des moyens (7) d'alimentation du moteur en carburant, . un papillon d'admission motonsé (10). caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de mesure (3) de la richesse de combustion (ski) et en ce que le calculateur (11) comprend: . des premiers moyens (110) de determination de la richesse optimale (o) de combustion, . des deuxièmes moyens (111) de détermination d'un angle d'ouverture nominal (aPO) du papillon, lesdits premiers et deuxièmes moyens réagissant au degré d'enfoncement de la pédale (PP) et au régime (N) et. des troisièmes moyens (113) pour déduire de l'écart entre la richesse optimale (ho) et la richesse mesurée (im) une correction (haP) de l'angle d'ouverture nominal du papillon. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le calculateur (11) comporte des moyens (114) de discrimination d'un état de ralenti du moteur, sensibles au degré d'enfoncement de la pédale (PP) et au régime (N) pour délivrer un signal représentatif d'un état de ralenti, et en ce que les premiers et deuxièmes moyens (110; 111) sont adaptés pour réagir en outre à ce signal en foumissant respectivement une valeur de la richesse optimale (ho) et un angle d'ouverture nominal (aPO) du papillon prédéterminés 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le calculateur (11) comporte des moyens (112) de détermination de la quantité optimale de carburant comprenant des moyens (1121) de détermination de la quantité optimale de carburant hors ralenti sensibles au degré d'enfoncement de la pédale (PP) et au régime (N), des moyens (1122) de détermination de la quantité optimale de carburant au ralenti sensibles à l'écart entre le régime (N) du moteur et un régime de consigne (No) prédéterminé, et des moyens de commutation (1123) sensibles au signal représentatif d'un état de ralenti délivré par les moyens (114).