Brevet FR2724417A1 — publié le 19960315

La présente invention est relative à un procédé de commande d'un moteur à combustion inteme, plus particulièrement adapté à un moteur à injection directe, à deux ou quatre temps. 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. Par exemple, I'ensemble d'admission d'air (filtre, papillon, conduits...) présente une perméabilité qui peut varier dans le temps ou d'un moteur à l'autre.Ceci peut avoir pour conséquence une variation du remplissage en air, donc de la richesse de combustion et entraîner une augmentation de la pollution. Pour y remédier, la demanderesse a proposé dans la demande de brevet enregistrée sous le n" 9408700 un procédé et un dispositif propre à réguler cette richesse de combustion, mettant en oeuvre une sonde de mesure de la richesse des gaz d'échappement. Cependant, outre le surcoût lié à cette sonde, certains inconvénients dus aux phénomènes transitoires peuvent subsister. En effet, lors d'une action rapide sur la pédale d'accélérateur, le calculateur transmet instantanément les commandes correspondantes aux actionneurs. Toutefois, ceux-ci. ainsi que les phénomènes qu'iis contrôlent, n'ont pas tous le même temps de réponse. Par exemple, les injecteurs et la quantité de carburant qu'ils délivrent sont en avance sur l'ouverture du papillon d'admission. Ce décalage est encore accentué par le retard du remplissage en air dû à la capacité du collecteur d'admission. De ce fait, des écarts entre la richesse obtenue et la richesse optimale peuvent se produire et générer des émissions de polluants. La présente invention a donc pour but de pallier ces inconvénients des systèmes de la technique antérieure en tenant compte de l'évolution du remplissage en air du moteur sans renoncer aux avantages que présentent ces systèmes pour la commande des moteurs à injecfion directe. 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 commande d'un moteur à combustion interne à injection directe, du type utilisant une mesure du degré d'enfoncement d'une pédale d'accélérateur et une mesure du régime de rotation du moteur pour fournir des paramètres de réglage optimal dudit moteur, selon lequel on établit, lors de la mise au point du moteur, une table représentant pour chaque couple (degré d'enfoncement, régime), le rapport pression / température de l'air régnant dans le collecteur d'admission en fonctionnement stabilisé; on mesure, en fonctionnement normal, la pression et la température de l'air admis; on forme le rapport pression /température mesurés; et on utilise la table et une au moins des mesures effectuées pour en déduire au moins un des paramètres de réglage optimal du moteur. Suivant un premier mode d'exécution du procédé, on détermine dans la table, à partir du régime et du degré d'enfoncement mesurés une valeur de consigne du rapport pression/ température de l'air admis, et on agit sur l'angle d'ouverture d'un papillon des gaz placé dans le collecteur d'admission pour asservir le rapport pression / température mesuré à cette valeur de consigne. Suivant un second mode d'exécution du procédé, on détermine par lecture inverse de la table, à partir du régime et du rapport pression /température mesurés un degré d'enfoncement virtuel de la pédale d'accélérateur, et on utilise ce degré d'enfoncement virtuel de la pédale pour foumir au moins un des paramètres de réglage optimal du moteur. Selon une caractéristique importante de ce mode d'exécution, la lecture du degré d'enfoncement virtuel de la pédale dans la table s'effectue en déterminant pour les régimes tabulés immédiatement adjacents au régime réel, la valeur du degré d'enfoncement de la pédale correspondant au rapport pression I température mesuré, et en interpolant entre ces valeurs en fonction du régime réel. De plus, lorsque plusieurs degrés d'enfoncement virtuel correspondent au rapport pression / température mesuré, seul le degré d'enfoncement virtuel le plus proche du degré d'enfoncement réel de la pédale est pris en considération.De même, lorsque pour un régime tabulé immédiatement adjacent au régime réel, la vanation du rapport pression /température enregistré dans la table sur un intervalle entre deux valeurs du degré d'enfoncement de la pédale encadrant la valeur du rapport mesuré est inférieure à un seuil prédéterminé, le degré d'enfoncement virtuel est déterminé en choisissant le degré d'enfoncement réel si celui-ci est compris entre les deux valeurs du degré d'enfoncement limitant l'intervalle ou la valeur limite la plus proche dans le cas contraire. 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 d'un dispositif adapté à la mise en oeuvre du procédé de commande selon l'invention, - la figure 2 représente un schéma de l'architecture fonctionnelle d'un calculateur faisant partie du dispositif de la figure 1, et - la figure 3 représente un schéma utile à la compréhension d'une étape du procédé selon l'invention. On se référe maintenant à la figure 1 où on a représenté un moteur à combustion interne 1 à injection directe, équipé d'un calculateur 1 1 commandant le fonctionnement du moteur. Le collecteur d'admission 10 du moteur comporte un papillon d'admission motorisé 9 permettant de régler la quantité d'air admise dans le moteur. Un capteur de température d'air 2 et un capteur de pression 3, placés entre le moteur et le papillon motorisé 9 foumissent respectivement au calculateur 11 des signaux Tcoï et P,I représentatifs de la température et de la pression de l'air admis dans le collecteur 10 en aval du papillon.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 qu'un signal représentatif de la température Te du liquide de refroidissement, délivré par un capteur 6. Le calculateur 11 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 de carburant à injecter dans le moteur, ce signal définissant par exemple la phase fi et la durée Ti d'injection du carburant.Le calculateur commande également le papillon d'admission motorisé 9 placé dans le conduit d'admission 10, 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. Classiquement, lors de la mise au point du moteur, on a élaboré des tables donnant les valeurs optimales des paramètres de commande du moteur tels que l'angle d'ouverture du papillon aP, la durée Ti et la phase fi d'injection du carburant, I'instant d'allumage, en fonction du degré d'enfoncement PP de la pédale d'accélérateur et du régime N. Ces valeurs optimales sont obtenues en fonctionnement stabilisé, c'est à dire pour des valeurs constantes de PP et de N, en ajustant les paramètres de commande pour obtenir par exemple le meilleur compromis couple moteur / pollution.Selon un enseignement de l'invention, on a également mesuré la température Tcoi et la pression PCOI de l'air régnant dans le collecteur d'admission lorsque ces valeurs optimales sont appliquées au moteur et on a dressé une table des rapports pression I température RPTO en fonction du degré d'enfoncement PP de la pédale d'accélérateur et du régime N. Le calculateur 11 comprend un bloc 12 recevant les signaux Tcoï et Pcoi représentatifs de la température et de la pression de l'air régnant dans le collecteur d'admission 10 et apte à former le rapport pression /température mesurés RPTm. Le calculateur 1 1 comprend également un bloc 13 comportant une table des rapports pression/ température établie comme décrit ci-dessus.Le calculateur 1 1 comporte en outre des blocs 14 et 15 servant à déterminer l'angle aP d'ouverture du papillon 9 dont le fonctionnement sera explicité en relation avec un premier mode d'exploitation du procédé selon l'invention, et des blocs 16 et 17 fournissant respectivement les paramètres optimaux d'injection de carburant et d'allumage, dont le fonctionnement sera explicité en relation avec un second mode d'exploitation du procédé selon l'invention. En fonctionnement normal, le calculateur 11 reçoit les signaux PP, N, Tcoi et PCOI représentatifs respectivement du degré d'enfoncement de la pédale, du régime moteur, de la température et de la pression de l'air dans le collecteur d'admission. Selon un premier mode d'exploitation de l'invention, le degré d'enfoncement de la pédale PP et le régime N sont transmis au bloc 14 qui élabore une valeur nominale d'ouverture du papillon 9 au moyen de la table dressée lors de la mise au point. Ces mêmes signaux PP et N sont transmis au bloc 13 qui, par lecture directe de la table des rapports RPTO qu'il contient, foumit au bloc 15 une valeur de consigne RPTc correspondant à la valeur du rapport pression /température de l'air régnant dans le collecteur d'admission, sous les mêmes conditions, lors des essais. Le bloc 15 reçoit simultanément une valeur RPTm du rapport pression /température de l'air mesuré dans le collecteur d'admission, élaborée par le bloc 12 sur la base des signaux Tcoî et PcoX fournis par les capteurs 2 et 3.Le bloc 15 se comporte en régulateur classique, de type P.l.D. par exemple et foumit en sortie une correction de l'angle d'ouverture du papillon qui s'ajoute à la valeur nominale d'ouverture délivrée par le bloc 14 pour former la commande aP d'ouverture du papillon d'admission 9. On réalise ainsi un asservissement qui tend à corriger la valeur nominale d'ouverture du papillon déterminée dans les conditions expérimentales de la mise au point pour prendre en compte les variations du remplissage en air liées aux dispersions de perméabilité de l'ensemble d'admission entre les moteurs, aux différences entre conditions expérimentales et réelles ainsi qu'au vieillissement du système. On va maintenant s'intéresser à la génération des autres paramètres de commande du moteur, qui s'effectue selon un second mode d'exploitation du procédé selon l'invention. On ne décrira que la détermination de la durée d'injection Ti en relation avec le fonctionnement du bloc 16. En effet, la détermination des autres paramètres s'effectue de manière strictement analogue, comme par exemple la commande de l'avance à l'allumage All au moyen du bloc 17 ou d'autres paramètres non cités, tels qu'une commande de contre-pression à l'échappement ou du débit d'huile de graissage dans le cas d'un moteur à deux temps, par d'autres blocs appropriés non représentés, qui pourraient être reliés en parallèle avec les blocs 16 et 17 ainsi que le montrent les pointillés sur la figure 2. Comme on l'a vu précédemment, le calculateur Il reçoit les signaux PP, N, Toe et PCOI représentatifs respectivement du degré d'enfoncement de la pédale, du régime moteur, de la température et de la pression de l'air dans le collecteur d'admission. A partir de ces deux demiers signaux, le bloc 12 élabore le rapport pression / température mesuré RpTm qui est transmis au bloc 13. Celui-ci reçoit en outre le régime N du moteur. Le bloc 13 opère alors une lecture "inverse" de la table des rapports pression / température qu'il contient et détermine à partir des signaux RPTm et N un degré d'enfoncement virtuel PPV de la pédale d'accélérateur correspondant au degré d'enfoncement qui, lors de la mise au point du moteur, permettait d'obtenir un rapport pression / température égal à RPTm au régime N mesuré.Naturellement, compte tenu des différences entre conditions réelles et expérimentales et des temps de réponse précédemment évoqués, le degré d'enfoncement virtuel PPV ainsi déterminé ne correspond pas nécessairement au degré d'enfoncement réel PP. Ainsi, par exemple lors d'une accélération brutale, le retard de remplissage en air lié à la capacité du collecteur d'admission entraîne un retard du degré d'enfoncement virtuel PPV par rapport au degré d'enfoncement mesuré PP. Le degré d'enfoncement virtuel PPV ainsi déterminé est transmis, conjointement avec le régime N au bloc 16 de définition de la durée d'injection Ti. Celui-ci comporte la table des valeurs optimales de la commande de durée d'injection dressée lors de la mise au point, et extrait la commande Ti en fonction du degré d'enfoncement virtuel PPV de la pédale et du régime N.On remarquera que l'on obtient ainsi une commande d'un paramètre de réglage du moteur qui suit au plus près l'évolution de son remplissage en air, ce qui permet un fonctionnement optimal du moteur lors des transitoires et donc une réduction de la pollution. On va maintenant expliquer plus en détail le procédé de lecture "inverse" de la table du bloc 13 en relation avec le schéma de la figure 3 qui illustre ce procédé au moyen d'un exemple. La figure 3 montre un fragment de la table contenue dans le bloc 13, qui s'étend de 1000 à 2500 tours par minute en régime (colonnes) et de 10% à 40% du degré d'enfoncement maximal de la pédale d'accélérateur (lignes). Les valeurs du rapport pression / température figurant dans la table sont exprimées en Pascal par degré Kelvin.L'exemple illustré correspond au cas où, pour un régime N = 1700 tr/mn on a relevé une pression PCOI = 90000 Pa et une température TCOI = 300"K. Le bloc 12 foumit donc un rapport pression /température RPTm = 300. On détermine tout d'abord les régimes tabulés immédiatement adjacents au régime réel mesuré de 1700 tr/mn, soit les lignes correspondant aux régimes de 1500 tr/mn et 2000 tr/mn. Dans chacune de ces lignes, on procède à la recherche de la valeur du degré d'enfoncement de la pédale correspondant au rapport pression /température mesuré RPTm = 300 en opérant au besoin une interpolation entre deux valeurs encadrant ce rapport sur la ligne. Dans l'exemple, pour 1500 tr/mn, un rapport pression I température RPTm = 300 correspond à un degré d'enfoncement virtuel de 33.33%. On opère de même pour 2000 tr/mn et on obtient un degré d'enfoncement virtuel de 27.5%. En interpolant entre ces valeurs, en fonction du régime réel N = 1700 tr/mn, on en tire une valeur de 31% pour le degré d'enfoncement virtuel PPV correspondant aux valeurs de l'exemple. On peut noter que ce procédé est valable si pour les régimes de la table considérés, l'évolution du rapport pression / température est monotone, ce qui est généralement le cas. Cependant, pour certains moteurs et/ou dans certaines plages de fonctionnement, le rapport peut être sensiblement constant ou non monotone en fonction du degré d'enfoncement ce qui peut conduire à une indétermination.Dans ce cas, on utilise la valeur du degré d'enfoncement réel pour lever cette indétermination. Par exemple, si pour un régime de la table, l'évolution n'est pas monotone, plusieurs valeurs du degré d'enfoncement virtuel peuvent correspondre à une valeur donnée du rapport pression I température. On prend alors le degré d'enfoncement virtuel le plus proche du degré d'enfoncement réel de la pédale. Si le rapport pression / température est sensiblement constant entre deux pas du degré d'enfoncement dans la table, une faible variation du rapport mesuré RPTm peut conduire à de fortes variation dans la valeur de PPV ce qui a des conséquences défavorables sur la stabilité du réglage. On vérifie alors si le degré d'enfoncement réel de la pédale est compris entre ces deux pas.Dans l'affirmative, le degré d'enfoncement virtuel est pris égal au degré d'enfoncement réel, sinon il est pris égal à la valeur du pas de la table le plus proche du degré d'enfoncement réel. Bien entendu, les deux modes d'exploitation du procédé que l'on a décrit cidessus ne sont pas mutuellement exclusifs. Ils peuvent être employés conjointement ou séparément pour la commande de moteurs à injection directe. De même, l'invention n'est pas limitée à la commande des paramètres décrits, de nombreux autres paramètres, dépendant du type et de la complexité du moteur commandé peuvent être ainsi traités, comme par exemple la commande de dégazage d'un filtre destiné à capturer les vapeurs de carburant, etc. Le procédé selon l'invention peut également s'étendre à la combinaison avec des corrections connues en elles-mêmes, comme par exemple la correction des commandes délivrées (durée et phase d'injection, commande d'allumage,etc.), en fonction d'autres paramètres d'entrée tels que la température du liquide de refroidissement Te fournie par un capteur 6 ou la présence de cliquetis. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un moteur à combustion inteme (1) à injection directe, du type utilisant une mesure du degré d'enfoncement (PP) d'une pédale d'accélérateur (4) et une mesure du régime (N) de rotation du moteur pour foumir des paramètres (Ti; fi; All; aP) de réglage optimal dudit moteur, caractérisé en ce que:: . on établit, lors de la mise au point du moteur, une table représentant pour chaque couple degré d'enfoncement (PP), régime (N), le rapport pression / température (RPTO) de l'air régnant dans le collecteur d'admission en fonctionnement stabilisé, . on mesure, en fonctionnement normal, la pression (PCOI) et la température (Tcol) de l'air admis, et on forme le rapport pression / température mesurés (RPTm) . on utilise la table et une au moins des mesures effectuées pour en déduire au moins un des paramètres de réglage optimal du moteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que: . on détermine dans la table, à partir du régime (N) et du degré d'enfoncement (PP) mesurés une valeur de consigne (RPTc) du rapport pression /température de l'air admis, et . on agit sur l'angle d'ouverture (aP) d'un papillon des gaz (9) placé dans le collecteur d'admission pour asservir le rapport pression / température mesuré (RPTm) à cette valeur de consigne. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que: . on détermine par lecture inverse de la table, à partir du régime (N) et du rapport pression / température (RpTm) mesurés un degré d'enfoncement virtuel (PPV) de la pédale d'accélérateur, et . on utilise ce degré d'enfoncement virtuel (PPV) de la pédale pour foumir au moins un des paramètres de réglage optimal du moteur. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la lecture du degré d'enfoncement virtuel (PPV) de la pédale dans la table s'effectue en déterminant pour les régimes tabulés immédiatement adjacents au régime réel (N), la valeur du degré d'enfoncement de la pédale correspondant au rapport pression / température mesuré, et en interpolant entre ces valeurs en fonction du régime réel. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, lorsque plusieurs degrés d'enfoncement virtuel (PPV) correspondent au rapport pression/température mesuré, seul le degré d'enfoncement virtuel le plus proche du degré d'enfoncement réel de la pédale est pris en considération. 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, lorsque pour un régime tabulé immédiatement adjacent au régime réel (N), la variation du rapport pression /température enregistré dans la table (RPTO) sur un intervalle entre deux valeurs du degré d'enfoncement de la pédale (PP) encadrant la valeur du rapport mesuré (RPTm) est inférieure à un seuil prédéterminé, le degré d'enfoncement virtuel (PPV) est déterminé en choisissant le degré d'enfoncement réel si celui-ci est compris entre les deux valeurs du degré d'enfoncement limitant l'intervalle ou la valeur limite la plus proche dans le cas contraire.