Brevet FR2726037A1 — publié le 19960426

L'invention concerne un procédé pour régler l'envoi d'écoulements de fluides supplémentaires dans une tubulure d'aspiration d'un moteur à combustion interne ainsi qu'un système de régulation pour la mise en oeuvre du procédé. Il est connu (demande de brevet allemand DE 35 11 094 Al et brevet allemand DE 34 13 419 C2), d'envoyer des écoulements supplémentaires ou des écoulements de gaz d'échappement à la tubulure d'aspiration d'un moteur à combustion interne pour un véhicule automobile, pour d'une part réduire la consommation de carburant et d'autre part réduire l'émission des substances nocives du système d'échappement du véhicule automobile. À cet effet, dans la tubulure d'aspiration sont intégrés des canaux supplémentaires d'amenée, qui permettent un envoi des écoulements de fluides supplémentaires dans la chambre de combustion. L'envoi des écoulements de fluides supplémentaires s'effectue en fonction de la dépression régnant dans la tubulure d'aspiration. L'invention a pour but de créer un procédé et un système de régulation du type mentionné plus haut, qui permettent d'obtenir une réduction supplémentaire de la consommation de carburant et des émissions de substances nocives dans le moteur à combustion interne. Ce problème est résolu selon un premier aspect, par un procédé pour régler l'envoi d'au moins un écoulement de fluide supplémentaire dans une tubulure d'aspiration d'un moteur à combustion interne, selon lequel on mesure au moins un paramètre des gaz d'échappement dans une tubulure d'évacuation d'un système d'échappement, et on compare ce paramètre mesuré à au moins un paramètre de consigne d'un champ de caractéristiques, qui a été déterminé sur la base des critères d'une consommation minimale de carburant et d'une émission minimale de substances nocives dans le moteur à combustion interne, et selon lequel l'envoi du ou des écoulements de fluide supplémentaire est réglé en fonction des grandeurs de réglage sélectionnées sur la base du champ de caractéristiques et convenant pour le ou les paramètres des gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'à la tubulure d'aspiration sont envoyés, en différents emplacements, au moins deux écoulements de fluide supplémentaire, dont les débits massiques et les profils d'écoulement sont modifiés, en fonction du champ de caractéristiques, au moyen d'une injection dirigée sous l'action d'une surpression dans la tubulure d'aspiration et/ou au moyen d'une aspiration voulue à partir de la tubulure d'aspiration. En ce qui concerne le système de régulation, ce dernier est réalisé sous la forme d'un dispositif pour la mise en ouvre du procédé indiqué précédemment, comportant au moins une buse d'amenée, qui débouche dans la tubulure d'aspiration et qui est raccordée respectivement à une canalisation de fluide équipée d'un organe de réglage permettant le réglage du débit du fluide, et dans lequel dans la tubulure d'aspiration est prévu au moins un capteur des gaz d'échappement, qui est raccordé pour la retransmission d'au moins un paramètre des gaz d'échappement à une unité centrale de régulation, qui comporte une mémoire de données, dans laquelle est mémorisé un champ de caractéristiques du moteur pour une faible consommation de carburant et une faible émission de substances nocives, ainsi qu'une unité de comparaison et d'évaluation, qui associe des instructions de régulation fixées pour le ou les paramètres déterminés des gaz d'échappement, et qui est raccordée, au moyen d'un dispositif de réglage, pour la retransmission des instructions de réglage sélectionnées, à au moins un organe de réglage de la conduite pour le fluide, caractérisé en ce qu'en différents emplacements de la tubulure d'aspiration sont disposées au moins deux buses d'amenée, qui sont orientées dans la tubulure d'aspiration de telle sorte qu'elles permettent une éjection dirigée des écoulements de fluide supplémentaire en surpression et dont l'une au moins comporte des moyens pour aspirer, d'une manière ciblée, des écoulements de fluide supplémentaire. La solution selon l'invention permet d'obtenir, dans toutes les gammes de vitesses de rotation et de charges, une consommation uniformément faible de carburant et une émission uniformément faible de substances nocives. Les débits de fluide sont adaptés en permanence sur la base des valeurs déterminées des gaz d'échappement, auxquels seront associés des signaux de réglage déterminés. La régulation électronique selon l'invention permet d'obtenir l'envoi, approprié le cas échéant, des écoulements de fluide supplémentaire respectifs. Ceci est valable d'une manière uniforme pour des états de fonctionnement transitoires, comme par exemple des processus d'accélération. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 représente schématiquement une forme de réalisation d'un système de régulation selon l'invention, qui est prévu pour un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile; et - la Figure 2 représente un schéma de principe d'une unité de régulation du système de régulation de la Figure 1. Un cylindre d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile conforme au dessin possède, au- dessus d'un piston 2, une chambre de combustion 1. Le piston 2 est relié de façon connue en soi à un vilebrequin 3, qui délivre d'une manière connue en soi, à l'aide d'un capteur de mesure 17, une vitesse de rotation réelle îréelle. Le moteur à combustion interne comporte plusieurs cylindres, mais pour des questions de lisibilité du dessin, on n'a représenté qu'un seul cylindre. Dans la chambre de combustion 1 débouche une tubulure d'aspiration 4 dont l'accès à la chambre de combustion i peut être fermé au moyen d'une soupape d'admission 5. Côté sortie, la chambre de combustion 1 se raccorde à une tubulure d'échappement 6, qui fait partie d'un système d'échappement. La sortie débouchant dans la tubulure d'échappement 6 peut être fermée à l'aide d'une soupape d'échappement 7. Dans la tubulure d'aspiration 4 sont disposées deux douilles d'injecteur 8 et 9, qui sont utilisées comme buses d'amenée d'écoulements de fluide supplémentaire, et qui entourent radialement le canal d'aspiration de la tubulure d'aspiration 4 en différents emplacements. La douille d'injecteur 8 est disposée directement dans la zone d'entrée du canal d'aspiration dans la chambre de combustion 1, tandis que la douille d'injecteur 9 est disposée à une certaine distance axiale en avant de l'ouverture d'admission 5. Les deux douilles d'injecteur 8 et 9 sont reliées à des canalisations de fluide respectives 26, 27, à l'aide desquelles des écoulements de fluide supplémentaire correspondants sont injectés, en surpression par rapport à la pression dans le tube d'aspiration, dans la tubulure d'aspiration 4 par les douilles d'injecteur 8 et 9. Comme écoulements de fluide supplémentaire, des écoulements de gaz d'échappement, des écoulements d'air, des écoulements d'eau ou de combustible sont envoyés par l'intermédiaire des canalisations de fluides 26 et 27, en fonction des exigences visant à réduire la consommation de carburant ou l'émission de substances nocives. Les écoulements de gaz d'échappement sont dérivés de la tubulure d'échappement 6 et sont renvoyés à la tubulure d'aspiration. Le débit de traversée, c'est-à-dire les débits massiques dans les canalisations de fluide 26 et 27, peut être réglé à l'aide respectivement d'un dispositif d'étranglement 10. La douille d'injecteur 8 comporte, en dehors d'une buse d'amenée, également une buse d'aspiration, à laquelle est raccordée une canalisation d'aspiration 25. Des écoulements de fluides correspondants, c'est-à-dire des écoulements de gaz ou de mélange, peuvent être aspirés à l'aide de cette buse d'aspiration. De même la canalisation d'aspiration 25 est équipée d'un dispositif d'étranglement 10 servant à régler le débit traversant et par conséquent la quantité de l'écoulement de fluide aspiré. Dans la tubulure d'échappement 6 sont disposés plusieurs capteurs de gaz d'échappement, qui exécutent l'analyse de la combustion quantitative du courant de gaz d'échappement. Un capteur de gaz d'échappement sert à mesurer la teneur en oxyde de carbone, un autre capteur sert à mesurer la teneur en hydrocarbures, un autre sert à mesurer l'émission d'oxydes d'azote, un autre sert à mesurer la teneur en benzène et un autre est prévu pour mesurer la teneur en suie. Les valeurs détectées au moyen des différents capteurs des gaz d'échappement sont envoyées, à l'aide de lignes de transmission de signaux 11, à l'unité de détection 12, qui détecte les différentes valeurs des capteurs des gaz d'échappement. L'unité de détection 12 envoie les valeurs déterminées des gaz d'échappement par l'intermédiaire d'une ligne de transmission de signaux à une unité centrale de régulation 14, 15, 16, à laquelle sont également raccordées des lignes de transmission de signaux 23 et 24 pour la transmission de valeurs de pression et de température dans la chambre de combustion 1. Dans l'unité centrale de régulation 14, 15, 16 est mémorisé un champ de caractéristiques 14, qui a été déterminé pour le moteur à combustion interne en rapport avec les points de vue d'une consommation minimale de carburant et l'émission minimale de substances nocives. Toutes les gammes possibles, qui se présentent, des valeurs des gaz d'échappement, des vitesses de rotation du moteur ainsi que des états de la chambre de combustion sont mémorisées dans ce champ de caractéristiques. À chacune de ces valeurs possibles, qui apparaissent, sont associées des instructions correspondantes de régulation pour une régulation appropriée du débit des écoulements de fluide supplémentaire devant être ajoutés dans la tubulure d'aspiration 4 ou devant en être retirés. À partir de la comparaison des valeurs caractéristiques avec les valeurs caractéristiques instantanées, le régulateur forme des instructions correspondantes de régulation également pour le fonctionnement transitoire. Ces instructions de régulation sont envoyées au moyen d'un dispositif de réglage 16, qui fait partie de l'unité de réglage centrale 14, 15, 16, aux différents dispositifs d'étranglement 10 des canalisations de fluide 26 et 27 ainsi qu'à la canalisation d'aspiration 25. Les lignes correspondantes de réglage pour la retransmission des instructions de réglage par le dispositif de réglage 16 aux différents dispositifs d'étranglement 10 sont désignées par 20, 21 et 22. Le champ de caractéristiques 14 est relié au moyen de l'unité de comparaison et d'évaluation 15 au dispositif de réglage 16, qui compare les valeurs de mesure, introduites par l'intermédiaire de la ligne de transmission de signaux 13 et des lignes de transmission de signaux 23 et 24, aux données respectives du champ de caractéristiques et associe des instructions de réglage à ces valeurs arrivantes, conformément au champ de caractéristiques. Naturellement, à l'unité centrale de réglage 14, 15, 16 est également raccordée une ligne de transmission de signaux 19, qui part d'une pédale d'accélérateur 18 du véhicule automobile et qui prédétermine la vitesse de rotation de consigne correspondante CONSIGNE pour le moteur à combustion interne. Le moteur à combustion interne est réglé au moyen du champ de caractéristiques 14 et du système électronique associé de telle sorte que sa consommation de carburant et son émission de substances nocives soient réduites dans une aussi large mesure que possible. La régulation s'effectue au moyen d'une réduction, d'un accroissement ou d'un blocage correspondant des débits de passage des écoulements de fluide supplémentaire dans les canalisations de fluide supplémentaire 26 et 27 ou dans la canalisation d'aspiration 25 au moyen d'une commande correspondante des différents dispositifs d'étranglement 10. Un régulateur R sur la Figure 2 possède un dispositif de correction K, en aval duquel est branché un dispositif de réglage S. Ce dispositif de réglage S est raccordé à la section de régulation RS du moteur à combustion interne, qui comporte le moteur ainsi que différents systèmes et dispositifs. Des grandeurs d'entrée de cette section de régulation, qui sont transmises par le dispositif de réglage S, sont des grandeurs de réglage Yi, qui définissent les différents écoulements massiques supplémentaires pour la canalisation d'aspiration. La grandeur de sortie de la section de régulation RS est la grandeur de régulation x, qui représente le courant réel de masse des gaz d'échappement. Dans la zone de sortie de la section de régulation sont raccordés des dispositifs de mesure M prévus pour les différentes grandeurs de mesure à détecter, telles que la pression dans la chambre de combustion, la température dans la chambre de combustion, la vitesse de rotation du moteur ainsi que la vitesse de rotation de consigne du moteur, conformément à la pression appliquée à la pédale d'accélérateur. Ces grandeurs forment des grandeurs de renvoi ri, qui sont réunies, avant l'entrée dans le dispositif de correction K, aux grandeurs pilotes fi de la prescription minimale MV pour les substances nocives dans les gaz d'échappement. Les différences de régulation xdi, qui en résultent, sont envoyées au dispositif de correction K, qui actionne les dispositifs de réglage S pour les différentes grandeurs de réglage Yi. Ce régulateur influe sur la submersion intervenant au niveau du disque de soupape dans la zone du tube d'aspiration, pour les écoulements massiques supplémentaires variables, de sorte qu'une formation spatiale et temporelle recherchée des structures globales d'écoulement, comme le tourbillonnement horizontal D et le tourbillonnement vertical T (Figure 1) est obtenue dans la chambre de combustion. Une régulation correspondante des écoulements massiques supplémentaires permet d'obtenir une stratification axiale, radiale ou même sectorielle dans le tube d'aspiration, ce qui permet une stratification subséquente, c'est-à-dire un gradient de concentration, dans la chambre de combustion. Par conséquent, on peut obtenir une combustion minimale du point de vue carburant et émission de substances nocives. La régulation des écoulements massiques de fluide supplémentaire provoque en outre un déplacement d'écoulement dans le tube d'aspiration, qui contribue à assister la préparation du mélange avant et pendant la phase d'aspiration. Les écoulements massiques de fluide supplémentaire assistent le déplacement au démarrage de la colonne de fluide dans le tube d'aspiration au début du cycle d'aspiration et améliorent le remplissage de la chambre de combustion. Les réglages du régulateur peuvent être modifiés d'une manière auto-adaptative afin de permettre d'obtenir successivement les valeurs minimales du point de vue consommation et gaz d'échappement, pendant toute la durée de fonctionnement. Comme grandeurs de régulation, qui ont été détectées au moyen des dispositifs de mesure, on utilise l'écoulement massique d'oxyde d'azote et l'écoulement massique d'hydrocarbures ainsi que les écoulements massiques d'autres composants des gaz d'échappement. Des grandeurs de réglage, à l'aide desquelles la tubulure d'aspiration, c'est-à-dire le tube d'aspiration, est alimentée - c'est-à-dire les différents écoulements de fluide supplémentaire -, sont l'écoulement massique d'air supplémentaire, l'écoulement massique de gaz d'échappement supplémentaires, l'écoulement massique d'eau supplémentaire et l'écoulement massique de combustible supplémentaire. Une répartition circonférentielle correspondante des écoulements massiques par l'intermédiaire de la douille d'injecteur permet d'influer sur les mouvements de tourbillonnement horizontal D et de tourillonnement vertical T dans la chambre de combustion. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Procédé pour régler l'envoi d'au moins un écoulement de fluide supplémentaire dans une tubulure d'aspiration d'un moteur à combustion interne, selon lequel on mesure au moins un paramètre des gaz d'échappement dans une tubulure d'évacuation d'un système d'échappement, et on compare ce paramètre mesuré à au moins un paramètre de consigne d'un champ de caractéristiques, qui a été déterminé sur la base des critères d'une consommation minimale de carburant et d'une émission minimale de substances nocives dans le moteur à combustion interne, et selon lequel l'envoi du ou des écoulements de fluide supplémentaire est réglé en fonction des grandeurs de réglage sélectionnées sur la base du champ de caractéristiques et convenant pour le ou les paramètres des gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'à la tubulure d'aspiration (4) sont envoyés, en différents emplacements, au moins deux écoulements de fluide supplémentaire, dont les débits massiques et les profils d'écoulement sont modifiés, en fonction du champ de caractéristiques, au moyen d'une injection dirigée sous l'action d'une surpression dans la tubulure d'aspiration (4) et/ou au moyen d'une aspiration voulue à partir de la tubulure d'aspiration (4). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une submersion par les écoulements de fluide supplémentaire variables dans la tubulure d'aspiration (4) est influencé de telle sorte qu'on obtienne une formation spatiale et temporelle désirée des structures globales d'écoulement (D, T) dans la chambre de combustion (5). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le profil d'écoulement de chaque courant fluidique supplémentaire est, pendant les cycles du moteur, une fonction définie du temps, qui dépend du champ de caractéristiques. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moyen d'une stratification axiale, radiale ou sectorielle de couches dans la tubulure d'aspiration (4), on obtient une stratification subséquente sous la forme d'un gradient de concentration dans la chambre de combustion (5) pour une combustion avec le minimum de carburant et de substances nocives. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les écoulements de fluide supplémentaires déclenchent un déplacement d'écoulement dans la tubulure d'aspiration, qui contribue à faciliter la préparation du mélange avant et pendant le cycle d'aspiration. 6. Dispositif pour la mise en ouvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comportant au moins une buse d'amenée, qui débouche dans la tubulure d'aspiration et qui est raccordée respectivement à une canalisation de fluide équipée d'un organe de réglage permettant le réglage du débit du fluide, et dans lequel dans la tubulure d'aspiration est prévu au moins un capteur des gaz d'échappement, qui est raccordé pour la retransmission d'au moins un paramètre des gaz d'échappement à une unité centrale de régulation, qui comporte une mémoire de données, dans laquelle est mémorisé un champ de caractéristiques du moteur pour une faible consommation de carburant et une faible émission de substances nocives, ainsi qu'une unité de comparaison et d'évaluation, qui associe des instructions de régulation fixées pour le ou les paramètres déterminés des gaz d'échappement, et qui est raccordée, au moyen d'un dispositif de réglage, pour la retransmission des instructions de réglage sélectionnées, à au moins un organe de réglage de la conduite pour le fluide, caractérisé en ce qu'en différents emplacements de la tubulure d'aspiration (4) sont disposées au moins deux buses d'amenée (8,9), qui sont orientées dans la tubulure d'aspiration (4) de telle sorte qu'elles permettent une éjection dirigée des écoulements de fluide supplémentaire en surpression et dont l'une au moins comporte des moyens (10) pour aspirer, d'une manière ciblée, des écoulements de fluide supplémentaire.