Brevet FR2770259A1 — publié le 19990430

L'invention concerne un procédé de commande de la commutation de la combustion d'un moteur à combustion interne à allumage commandé à injection directe entre un fonctionnement homogène et un fonctionnement stratifié, selon lequel des paramètres de commande de moteur préfixés sont calculés pour le fonctionnement homogène et pour le fonctionnement stratifié et, à la suite d'un instant de commutation, sont mis en application pour le fonctionnement chaque fois suivant des cylindres. Pour abaisser d'une manière sensible la consommation de carburant et réduire en même temps les émissions de substances nocives dans les gaz d'échappement, l'injection directe de carburant est considérée comme un pas décisif dans le cas des moteurs à combustion interne à allumage commandé. Contrairement à l'injection habituelle dans le collecteur d'admission, l'injection directe permet différents modes de fonctionnement grâce au libre choix de l'instant d'injection. Dans le cas d'une injection très précoce dans la course d'admission, il se produit une large homogénéisation du remplissage et donc un fonctionnement homogène qui est utilisé pour une exploitation maximale de l'air, à pleine charge et en partie également en démarrage à froid et en régime d'échauffement, ainsi que notamment pour le fonctionnement homogène à charge partielle. Dans le cas d'un instant d'injection tardif pendant la course de compression, on obtient une disposition stratifiée du remplissage plus ou moins fortement marquée et donc un fonctionnement stratifié qui est largement utilisé dans le fonctionnement à charge partielle à mélange extrêmement pauvre. Les instants d'allumage peuvent également être choisis de différentes manières (voir à cet effet la Session AVL "Moteur et environnement" 1997, "Injection directe en allumage commandé - une ébauche de système tenant compte de l'ensemble", pages 255 à 271). Pour l'épuration des gaz d'échappement de tels moteurs à combustion interne, des catalyseurs d'accumulation de NOx possèdent un potentiel élevé d'extraction des oxydes d'azote tout en oxydant en même temps les hydrocarbures et le monoxyde de carbone. Il est connu qu'il peut dans ce cas se produire dans l'adsorbeur de NOx une accumulation de soufre, lequel est contenu même dans un carburant pauvre en soufre, et une désulfuration est ainsi nécessaire, celle-ci étant soumise à une régulation moteur de type thermique. Cette régénération du catalyseur d'accumulation s'effectue, dans le fonctionnement homogène du moteur, avec un mélange enrichi. On attire à cet égard l'attention sur la Session AVL "Moteur et environnement" 1997, "Nouveaux développements dans le post-traitement catalytique des gaz d'échappement des moteurs à mélange pauvre", pages -26. Ainsi, dans le cas de l'injection directe, on doit commuter souvent entre les deux modes, à savoir le fonctionnement stratifié et le fonctionnement homogène, par exemple lorsque la valeur de consigne prévue pour le couple délivré par le moteur est modifiée ou lorsque le catalyseur d'accumulation doit être régénéré. Pour chacun des deux modes, ce sont chaque fois des paramètres différents de commande du moteur qui sont valables, par exemple un instant d'injection et un instant d'allumage différents, ainsi que cela a déjà été exposé précédemment. Bien que l'instant d'injection et l'instant d'allumage puissent se calculer d'une manière synchronisée par rapport au vilebrequin et soient alors chaque fois valables à la suite de la commutation respectivement pour le fonctionnement homogène et le fonctionnement stratifié, une commutation simultanée de tous les cylindres du moteur peut toutefois avoir pour résultat qu'il apparaît des sauts de couple et qu'il se présente même des ratés pour au moins un cylindre. C'est pourquoi l'invention a pour but de concevoir un procédé de commande de la commutation de façon qu'il se présente une commutation ininterrompue entre le fonctionnement homogène et le fonctionnement stratifié sans ratés, ni mauvaise combustion. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce que c'est chaque fois le cylindre pour lequel le calcul des paramètres de commande de moteur valables pour le fonctionnement en cours a été mené complètement à sa fin, qui est commuté sur les paramètres de commande de moteur modifiés pour le fonctionnement suivant. Le procédé conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes - l'instant d'injection, la durée d'injection et l'instant d'allumage sont déterminés comme paramètres de commande de moteur, - l'instant de commutation est défini en fonction de ce qu'une valeur de consigne prévue pour le rapport de mélange air/carburant ou coefficient d'air franchit vers le bas ou vers le haut une valeur de seuil préfixée, - les valeurs de seuil prévues pour la commutation entre le fonctionnement stratifié et le fonctionnement homogène sont choisies différentes, - les valeurs de seuil dépendent de la vitesse de rotation, la valeur de consigne prévue pour le rapport de mélange air/carburant est déterminée à partir du rapport du débit d'air mesuré à la valeur de consigne du débit de carburant associée au débit d'air mesuré, - pour engager une commutation avant l'instant de commutation, en sus des paramètres de commande de moteur prévus pour le fonctionnement en cours, les paramètres de commande de moteur prévus pour le fonctionnement suivant sont calculés en supplément et, après commutation de tous les cylindres, le calcul des paramètres de commande de moteur prévus pour le fonctionnement qui s'est déroulé est achevé. Ainsi, conformément à l'invention, il se produit une synchronisation de la commutation qui est déterminée individuellement pour chaque cylindre différent du moteur. Ce n'est donc chaque fois que le cylindre pour lequel le fonctionnement en cours s'est complètement achevé avec les paramètres de commande de moteur associés qui est commuté sur le fonctionnement suivant, que ce soit la combustion homogène ou la combustion stratifiée. On évite ainsi que soient commutés des cylindres qui se trouvent encore dans le fonctionnement en cours, que l'injection de carburant ait déjà eu lieu ou que la charge de la bobine d'allumage ait commencé. On évite ainsi des sauts de couple et des ratés de cylindre. En outre, conformément à l'invention, on définit la condition correspondant à l'instant de commutation. Pour déterminer l'instant de commutation, on constate si une valeur de consigne prévue pour le rapport de mélange air/carburant 1 franchit vers le bas ou vers le haut une valeur de seuil déterminée. A cet effet, la valeur de consigne prévue pour le rapport de mélange air/carburant 1 doit être calculée à partir du rapport du débit d'air mesuré à la valeur de consigne du débit de carburant associé. Par ailleurs, en même temps, avant l'instant de commutation, les paramètres de commande de moteur, notamment l'instant d'injection et l'instant d'allumage doivent être calculés aussi bien pour le fonctionnement en cours que pour le fonctionnement qui suit. Dès que l'instant de commutation est établi, la commutation des différents cylindres a alors lieu vers le fonctionnement modifié, de la manière déjà décrite ci-dessus. Dès que la commutation vers le fonctionnement modifié a eu lieu dans tous les cylindres, le calcul des paramètres de commande de moteur correspondant au fonctionnement en cours peut alors se dérouler. Un exemple de mise en oeuvre de l'invention est exposé ci-après en détail en regard des dessins. On voit: à la figure 1, un graphe correspondant à la commutation du fonctionnement stratifié au fonctionnement homogène d'un moteur à combustion interne à allumage commandé, à injection directe et à quatre cylindres, à la figure 2, un graphe correspondant à la commutation du fonctionnement homogène au fonctionnement stratifié et, à la figure 3, un graphe correspondant à la détermination de l'instant de commutation. La course d'admission I, la course de compression II, la course de détente III et la course d'échappement IV sont représentées respectivement à la figure 1 pour chacun des cylindres ZYL1, ZYL2, ZYL3 et ZYL4. A l'instant TU, une commutation du fonctionnement stratifié au fonctionnement homogène doit avoir lieu. Pour le cylindres 1, à l'instant de commutation TU, l'opération d'injection E a déjà lieu dans la course de compression II et l'opération de charge L de la bobine d'allumage se produit peu avant la fin, de sorte que ce n'est qu'après qu'un allumage Z ait eu lieu dans la course d'admission I suivante que ce cylindre est l'objet d'une opération d'injection E' avec laquelle on passe au fonctionnement homogène. Le cylindre 2 reste également, pour le cycle représenté, encore en fonctionnement stratifié, étant donné qu'avant l'instant de commutation TU, l'opération de charge L de la bobine d'allumage a déjà commencé et qu'est ainsi provoqué l'allumage Z pour lequel une opération d'injection E est encore exécutée dans la course de compression II. Le cylindre 2 a désormais mené à bonne fin le fonctionnement stratifié, à la suite de quoi la commutation peut avoir lieu sur les paramètres de commande de moteur du fonctionnement homogène. En revanche, pour le cylindre 3, le fonctionnement stratifié s'est déjà achevé avant l'instant de commutation TU, de sorte qu'immédiatement après cet instant de commutation, l'opération d'injection E correspondant au fonctionnement homogène peut avoir lieu dans la course d'admission I qui suit. Cela est aussi valable pour le cylindre 4 pour lequel également le fonctionnement stratifié était achevé à l'instant de commutation TU, de sorte qu'une opération d'injection E correspondant au fonctionnement homogène est exécutée lors de la course d'admission I qui suit. Par conséquent, une opération d'injection qui a commencé est toujours menée à bonne fin dans le fonctionnement stratifié et l'allumage a lieu dans le fonctionnement stratifié avant que le cylindre considéré ne soit commuté vers le fonctionnement homogène. La figure 2 représente la commutation d'un fonctionnement homogène vers le fonctionnement stratifié à l'instant de commutation TU. On voit que les cylindres 3 et 4 ont totalement achevé le fonctionnement homogène lorsque la commutation est déclenchée, de sorte que ce sont d'abord ces cylindres qui sont commutés vers le fonctionnement stratifié, tandis que les cylindres 1 et 2 restent encore dans le fonctionnement stratifié pendant le cycle représenté, étant donné que l'opération d'injection E a déjà eu lieu (cylindre 1) ou n'est pas encore achevée (cylindre 2). L'instant de commutation TU est établi en regard de la figure 3. On suppose que la combustion se trouve en fonctionnement stratifié et qu'une commutation vers le fonctionnement homogène doit avoir lieu, parce que par exemple le catalyseur d'accumulation du moteur doit être régénéré, et qu'alors le couple TQ reste constant. Dans la commande de moteur, le remplissage, c'est-à-dire le débit d'air AIR LOAD passant par un papillon d'étranglement dans le collecteur d'admission, est tout d'abord réduit à la valeur de consigne correspondant au fonctionnement homogène. En parallèle, l'instant d'injection SOI et l'instant d'allumage IGA en fonctionnement stratifié sont corrigés de façon que le couple TQ soit maintenu. En outre, en même temps, l'instant d'injection SOI et l'instant d'allumage IGA correspondant à la combustion homogène qui suit sont calculés, mais ne sont pas encore mis en application. Par ailleurs, la valeur de consigne du rapport de mélange air/carburant ou coefficient d'air 1 est calculée comme suit: MAF ZYL SOLL IST A MFF_SP dans laquelle MAFZYL est la valeur réelle du débit d'air (mesuré) envoyé au cylindre, MFF_SP est la valeur de consigne du débit de carburant en fonctionnement stratifié et 1ST est le facteur stoechiométrique. Dès que lSOLL franchit vers le bas une valeur de seuil supérieure, par exemple de 1, 8, l'instant de commutation TU est atteint et la commutation sur les paramètres de commande de moteur correspondant au fonctionnement homogène est provoquée. Ainsi qu'il ressort de la figure 3, il se présente des écarts sensibles pour l'instant d'allumage IGA, l'instant d'injection SOI et la durée d'injection INJ. Dès que la commutation a eu lieu conformément à la figure 1 pour tous les cylindres, le calcul de l'instant d'injection et de l'instant d'allumage en fonctionnement stratifié s'arrête. Inversement, lorsqu'on doit commuter du fonctionnement homogène au fonctionnement stratifié, par exemple lorsque la régénération du catalyseur d'accumulation est coupée ou lorsqu'éventuellement, le couple doit être modifié, le débit d'air introduit est tout d'abord augmenté, au moyen du papillon d'étranglement, jusqu'à la valeur de consigne en fonctionnement stratifié. En parallèle, là encore, l'instant d'injection et l'instant d'allumage sont corrigés de telle manière que le couple souhaité soit maintenu, plus précisément que le couple par exemple souhaité par le conducteur soit mis en application. 1SOLL est calculé conformément à l'équation ci-dessus et, dès que la valeur de consigne franchit vers le haut un second seuil, également dépendant de la vitesse de rotation, par exemple de 1, 4, l'instant de commutation TU' se trouve déterminé. Les différents cylindres sont alors commutés, conformément à la figure 2, sur les paramètres de commande de moteur correspondant au fonctionnement stratifié. Le calcul de l'instant d'injection et de l'instant d'allumage en fonctionnement homogène peut alors être arrêté. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande de la commutation de la combustion d'un moteur à combustion interne à allumage commandé à injection directe entre un fonctionnement homogène et un fonctionnement stratifié, selon lequel des paramètres de commande de moteur préfixés sont calculés pour le fonctionnement homogène et pour le fonctionnement stratifié et, à la suite d'un instant de commutation, sont mis en application pour le fonctionnement chaque fois suivant des cylindres, caractérisé en ce que c'est chaque fois le cylindre (ZYL1,..., ZYL4) pour lequel le calcul des paramètres de commande de moteur valables pour le fonctionnement en cours a été mené complètement à sa fin, qui est commuté sur les paramètres de commande de moteur modifiés pour le fonctionnement suivant. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'instant d'injection (SOI), la durée d'injection (INJ) et l'instant d'allumage (IGA) sont déterminés comme paramètres de commande de moteur. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'instant de commutation (TU) est défini en fonction de ce qu'une valeur de consigne (lSOLL) prévue pour le rapport de mélange air/carburant (1) franchit vers le bas ou vers le haut une valeur de seuil préfixée. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les valeurs de seuil prévues pour la commutation entre le fonctionnement stratifié et le fonctionnement homogène sont choisies différentes. 5. Procédé suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les valeurs de seuil dépendent de la vitesse de rotation. 6. Procédé suivant l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la valeur de consigne (lSOLL) prévue pour le rapport de mélange air/carburant (1) est déterminée à partir du rapport du débit d'air (MAF _ZYL) mesuré à la valeur de consigne du débit de carburant (MFFSP) associée au débit d'air mesuré. 7. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, pour engager une commutation avant l'instant de commutation (Tu), en sus des paramètres de commande de moteur prévus pour le fonctionnement en cours, les paramètres de commande de moteur prévus pour le fonctionnement suivant sont calculés en supplément et en ce qu'après commutation de tous les cylindres (ZYL1,..., ZYL4), le calcul des paramètres de commande de moteur prévus pour le fonctionnement qui s'est déroulé est achevé.