Brevet FR2790515A1 — publié le 20000908

Description. La présente invention concerne un procédé de mise en euvre d'un moteur à combustion interne, notamment d'un vé- hicule automobile, selon lequel une pompe d'alimentation fournit le carburant à un réservoir de pression et on établit dans celui-ci une pression correspondante agissant sur le carburant, on mesure la pression agissant sur le carburant dans le réservoir de pression, on injecte le carburant à par- tir du réservoir de pression à l'aide d'au moins un injec- teur, directement dans une chambre de combustion du moteur à combustion interne en fonction de la pression mesurée, appli- quée au carburant et on modifie le point de fonctionnement du moteur à combustion interne avec le passage d'une première pression agissant sur le carburant à une seconde pression agissant sur le carburant. L'invention concerne également un appareil de commande pour un tel moteur. Les moteurs de véhicules à injection directe de carburant, par exemple dans le cas des moteurs Diesel ou pour les moteurs à essence à injection directe développés récem- ment, le carburant est comprimé dans un réservoir de pression jusqu'à une certaine pression pour être alors distribué aux différentes chambres de combustion à l'aide des injecteurs. La pression du carburant est maintenue constante suivant les conditions. Dans le cas de l'injection directe d'essence, la pression du carburant est de plus en plus importante car la pression est décisive pour la qualité de la préparation du carburant pendant l'injection ainsi que pour la profondeur de pénétration du carburant dans la chambre de combustion. Pour utiliser pleinement tout le potentiel d'un moteur à combus- tion interne à injection directe d'essence, notamment en mode de fonctionnement dit stratifié, selon lequel le carburant est réparti dans la chambre de combustion, à l'intérieur de canaux ou de couches, suivant le point de fonctionnement on règle des pressions de carburant différentes. La pression du carburant est en général modifiée en fonction de la charge appliquée au moteur à combustion interne et de la vitesse de rotation (régime). On passe ainsi de manière transitoire d'un niveau de pression à un autre. Contrairement à un moteur à essence classique dans lequel le carburant est essentiellement à une pression constante, dans le cas des moteurs Diesel ou à essence à in- jection directe, la pression du carburant est réglée à un ni- veau compris entre environ 40 bars et 120 bars suivant le point de fonctionnement. Dans un moteur à essence à injection directe, les points de fonctionnement correspondent par exem- ple au mode d'alimentation stratifié, au mode homogène ou au mode de ralenti. La géométrie du jet par les injecteurs constitue un autre paramètre de fonctionnement, c'est-à-dire qu'elle joue un rôle pour la géométrie de pénétration du carburant à injecter dans la chambre de combustion. Comme cette géométrie et les caractéristiques de la buse d'injection sont à consi- dérer comme constantes, la géométrie du jet, c'est-à-dire le parcours détaillé du carburant dans la chambre de combustion, dépend ainsi pratiquement exclusivement de la pression du carburant au niveau de l'injecteur. Dans les moteurs à combustion interne, connus, du type défini ci- dessus, par exemple dans l'installation d'injection Diesel, objet du document US 4 777 921, le carbu- rant est fourni par une pompe à haute pression à un réservoir de pression encore appelé " rampe commune ". Le carburant mis en pression est injecté dans les chambres de combustion à partir de la chambre de pression par des injecteurs à com- mande électrique selon les conditions de fonctionnement pré- sentes du moteur à combustion interne. La pompe à haute pression est également commandée par une unité de commande en accord avec les conditions de fonctionnement respectives. La pompe à haute pression devient de plus en plus petite à cause des exigences relatives au coût et à l'encombrement. Contrairement à cela, la tendance des réser- voirs de pression est plutôt celle d'une augmentation de leur capacité car ainsi on s'oppose en particulier à la formation de bulles de vapeur dans le carburant en pression, pendant le fonctionnement à chaud ou le démarrage à chaud. Cela provient notamment du fait qu'un réservoir de pression de grand vo- lume, qui arrive aussi près que possible de la culasse des chambres de combustion respectives, s'oppose, du fait de la convection du carburant dans le réservoir de pression, à la formation de bulles à proximité de la culasse. Les durées d'établissement de la pression nécessaire dans le réservoir de pression pour les variations à effectuer sur la pression de carburant deviennent ainsi de plus en plus longues. De ma- nière transitoire, il en résulte ainsi des déviations erro- nées par rapport à la pression souhaitée. Dans les moteurs à combustion interne évoqués ci- dessus à injection directe d'essence, les points de fonction- nement subissent des variations permanentes et ainsi de tels moteurs sont en permanence dans une plage transitoire. Par exemple à cause de la conversion des oxydes d'azote, on a en permanence une alternance entre le mode de fonctionnement ho- mogène et le mode de fonctionnement stratifié. Cette alter- nance est en particulier indépendante du souhait du conducteur. A cela s'ajoutent des variations du point de fonctionnement liées à une modification du souhait du conduc- teur (consigne du conducteur). La présente invention a ainsi pour but de déve- lopper un procédé de mise en oeuvre d'un moteur à combustion interne du type évoqué ci-dessus et un tel moteur dans le- quel, même à l'intérieur des plages transitoires, on réalise un contrôle aussi précis que possible de l'opération d'injection. De même, dans la plage transitoire on veut dis- poser d'un confort de fonctionnement suffisant, évitant par exemple les secousses résultant d'une pression de carburant dans le réservoir de pression qui aurait été prévue d'une ma- nière insuffisamment précise ou prise par hypothèse. De plus, même lorsque le moteur travaille dans une plage transitoire, il faut respecter les limites d'émission polluante imposées par le législateur. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que dans la zone transitoire entre la première et la seconde pression agissant sur le carburant dans le réservoir de pression on détermine, par le calcul, la pression agissant chaque fois effectivement sur le carburant et on réalise une adaptation correspondante du point de fonctionnement du moteur à combustion interne à la pression agissant effectivement sur le carburant. Le procédé selon l'invention permet ainsi un ré- glage correct de la pression de carburant par la prévision de la valeur réelle de cette pression dans le réservoir de pres- sion. Par une connaissance correspondante de cette pression de carburant, on exécute ensuite une adaptation du point de fonctionnement actuel du moteur à combustion interne à cette valeur réelle. Cela garantit que même pendant son fonctionne- ment dans la plage transitoire prescrite, le moteur à combus- tion interne reste totalement contrôlable et peut ainsi également fonctionner alors à son point de fonctionnement op- timum. Selon un développement de l'invention, la pres- sion agissant respectivement sur le carburant est obtenue à l'aide d'un calcul sur modèle. A l'aide d'un tel calcul sur modèle on peut obte- nir la pression du carburant avec une précision relativement grande même dans la zone transitoire et régler avec une pré- cision correspondante le point de fonctionnement du moteur. Selon un développement préférentiel du procédé, la pression effective du carburant dans la plage transitoire s'obtient à partir de l'évolution chronologique de l'augmentation ou de la diminution de pression à l'aide des grandeurs d'entrée d'une première et d'une seconde pression agissant sur le carburant, du débit de la pompe d'alimen- tation et du volume du réservoir de pression. A partir de la différence entre la première et la seconde pression agissant sur le carburant on peut ainsi mo- déliser la montée ou la diminution de pression dans la zone transitoire. Le débit de la pompe d'alimentation supposé constant pour cela, correspond de manière générale à une fonction dépendant de la vitesse de rotation du moteur à com- bustion interne. De plus, le volume de remplissage du réser- voir de pression est considéré comme grandeur fixe. Selon un autre développement du procédé de l'invention, pour déterminer la pression agissant effective- ment sur le carburant dans la zone transitoire on tient comp- te de la diminution de pression liée à la masse de carburant injectée dans la chambre de combustion à partir du réservoir de pression. La diminution de pression liée à la masse de car- burant injectée dans la chambre de combustion au cours de la zone transitoire correspond à un effet de second ordre dans l'hypothèse d'un volume de remplissage relativement important du réservoir de pression; cet effet permet ainsi, comme coefficient de correction du second ordre, de rendre encore plus précis le réglage du point de fonctionnement précis du moteur à combustion interne. En outre, selon le procédé de l'invention on adapte le point de fonctionnement du moteur à combustion in- terne à la pression agissant effectivement sur le carburant dans la zone transitoire en modifiant au moins l'un des para- mètres déterminants pour la combustion. On peut adapter de manière correspondante le point de fonctionnement du moteur à combustion interne par exemple en modifiant la position du volet d'étranglement du moteur ou en adaptant la vitesse d'ouverture ou de fermeture du volet d'étranglement, ou en modifiant un volet de turbu- lence équipant le moteur, ou en modifiant le cas échéant la réinjection des gaz d'échappement, ou en modifiant un moyen d'allumage d'un ou plusieurs cylindres du moteur, ou en modi- fiant le remplissage de la chambre de combustion mais aussi en modifiant la composition du mélange de carburant à injec- ter. Par une coordination dans le temps on peut par exemple régler le volet d'étranglement ou le remplissage pour correspondre à la pression du carburant même dans la zone de passage transitoire. Cela permet d'améliorer le fonctionne- ment, en particulier le confort de roulement du moteur à com- bustion interne et les émissions nocives de combustion des chambres de combustion. Enfin, dans le procédé de l'invention, pour adap- ter le point de fonctionnement du moteur à combustion interne à la pression agissant effectivement sur le carburant dans le réservoir de pression dans la zone transitoire, on tient compte d'une géométrie d'injection dépendant de la pression agissant effectivement. Les conditions de combustion régnant dans la chambre de combustion dépendent de manière sensible de la géométrie de l'injecteur utilisé et ainsi en particulier de la pression de carburant au niveau des injecteurs, c'est-à- dire de la pression à laquelle le carburant est injecté ou projeté dans la chambre de combustion. C'est pourquoi dans le calcul sur modèle selon l'invention on peut tenir compte de ces effets géométriques pour adapter le point de fonctionne- ment à la pression respective du carburant. Pour l'appareil de commande selon l'invention, notamment pour un moteur à combustion interne, le problème posé est résolu par un processeur, pour déterminer la pres- sion agissant effectivement sur le carburant dans la zone transitoire entre le premier et le second point de fonction- nement. Le processeur selon un exemple de réalisation permet de déterminer la pression agissant effectivement sur le car- burant dans la zone transitoire entre le premier et le second point de fonctionnement en utilisant un calcul sur modèle à partir de l'évolution dans le temps de la montée ou de la di- minution de pression en utilisant des grandeurs d'entrée d'une première et d'une seconde pression agissant sur le car- burant, du débit de la pompe et du volume du réservoir de pression. Selon une autre caractéristique de l'appareil de commande, le moyen de commande pour adapter le point de fonc- tionnement du moteur à combustion interne à la pression agis- sant effectivement sur le carburant dans la zone transitoire comprend des moyens pour modifier au moins l'un des paramè- tres déterminant pour la combustion. Le moyen de commande peut ainsi adapter le point de fonctionnement du moteur à combustion interne en changeant la position d'un éventuel vo- let d'étranglement ou en adaptant la vitesse d'ouverture ou de fermeture du volet d'étranglement, ou encore en modifiant le volet de turbulence équipant le moteur, ou en modifiant une éventuelle réinjection des gaz d'échappement, ou encore en modifiant l'angle d'allumage dans l'une des chambres de combustion, ou en modifiant le remplissage de la chambre de combustion ou encore en modifiant la composition du mélange de carburant à injecter. La présente invention sera décrite de manière plus détaillée pour le procédé et notamment pour l'appareil de commande d'un moteur à combustion interne à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma par blocs d'un moteur à combustion interne selon l'invention, - la figure 2 montre un exemple de graphique de la pression du carburant en fonction du temps dans une zone transitoire selon l'invention. Un exemple de réalisation d'un moteur à combus- tion interne selon l'invention sera décrit à l'aide de la fi- gure 1. Cette figure montre en particulier un système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Le moteur à combustion interne com- porte quatre cylindres et ainsi quatre chambres de combus- tion. Dans ce mode de réalisation, le moteur utilise du carburant, de préférence de l'essence, injecté directement dans les chambres de combustion. Le carburant est pris dans un réservoir 3 par une pompe de préalimentation 2 à travers un filtre 4 qui le four- nit à une pompe d'alimentation principale 5 et de là le car- burant est pompé dans une chambre de pression 6. Les pompes 2, 5 établissent dans la chambre de pression 6 une pression relativement élevée agissant sur le carburant. La chambre de pression 6 est reliée à une soupape de commande de pression 7 et à un capteur de pression 8; ce dernier mesure la pression agissant dans le carburant dans la chambre de pression 6. Le capteur de pression 8 génère un signal électrique PRAIL cor- respondant à la pression mesurée et ce signal est transmis par une ligne 9 à un appareil de commande électrique 10. A l'aide de la soupape de commande de pression 7 et du capteur de pression 8, on peut régler la pression régnant dans la chambre de pression 6, c'est-à-dire la pression agissant sur le carburant, à partir de l'appareil de commande 10 qui éta- blit une pression de sortie élevée sensiblement constante. L'appareil de commande 10 est un microprocesseur programmable comportant des mémoires et autres éléments né- cessaires; ce microprocesseur est intégré dans le véhicule. L'appareil de commande 10 reçoit les signaux nécessaires à l'exécution du procédé, entre autre les signaux des capteurs respectifs, par exemple du capteur de pression 8, pour en dé- duire les signaux nécessaires selon le procédé décrit pour commander par exemple des actionneurs; on peut ainsi comman- der les injecteurs 11 ou la soupape de commande de pression 7. La chambre de pression 6 est reliée à quatre in- jecteurs 11. Chacun des injecteurs 11 est associé directement à une chambre de combustion du moteur à combustion interne. Lorsque les injecteurs 11 sont fermés, la chambre de pression 6 est séparée de la chambre de combustion respective. Des li- gnes électriques 12 relient les injecteurs 11 à l'appareil de commande 10. Pour commander l'un des injecteurs 11, l'appareil de commande 10 génère un signal électrique (ti) qui commande l'injecteur correspondant pour l'ouvrir. La du- rée du signal (ti) correspond à la durée d'injection au cours de laquelle le carburant passe de la chambre de pression 6 dans la chambre de combustion correspondante du moteur à tra- vers l'injecteur 11 correspondant. Selon la courbe de pression agissant sur le car- burant dans le réservoir de pression 6, selon la figure 2, on veut élever la pression de la valeur réelle Pl à la valeur de consigne P2. Une telle variation de pression existe pratique- ment en permanence dans un moteur à essence à injection di- recte pendant son cycle de fonctionnement normal, c'est-à- dire en particulier à la fin de la phase de démarrage, par exemple pour alterner entre le mode homogène et le mode stra- tifié. Cette pression est préréglée dans de tels moteurs à combustion interne comme fonction du point de fonctionnement du moteur à l'aide de l'unité de commande 10 représentée à la figure 1. Le point de fonctionnement respectif dépend ainsi de manière sensible de la charge appliquée au moteur à com- bustion interne, de la vitesse de rotation actuelle mais éga- lement du mode de fonctionnement différent à la combustion, par exemple le mode stratifié et le mode homogène ou le ra- lenti. L'augmentation de pression dans la plage transi- toire en passant de Pi à P2 évoluerait dans des conditions dites idéales, c'est-à-dire pour un débit d'alimentation re- lativement important de la pompe 5 et d'un volume de remplis- sage relativement faible du réservoir de pression 6, le long de la courbe Pidéal. Les conditions de fonctionnement du mo- teur à combustion interne 1 peuvent être au point de pression Pi, par exemple un mode homogène alors qu'au point P2 il peut s'agir d'un mode avec alimentation stratifiée. Comme cela ap- paraît en outre à la figure 2, dans les conditions réelles, l'évolution de la pression dans la plage transitoire est dif- férente de la courbe idéale Pidéal. Cette différence résulte en particulier des conditions réelles d'alimentation en car- burant du réservoir de pression 6, par exemple du débit, li- mité de manière générale, de la pompe d'alimentation 5 ainsi que du volume de remplissage relativement important du réser- voir de pression 6. Dans le cas présent, ces conditions réel- les font que la montée en pression réelle est en retard par rapport à la montée en pression idéale. La courbe de pression Préel sera obtenue par pré- vision dans la zone transitoire en utilisant un calcul sur modèle. Selon le modèle utilisé, la pompe à haute pression 5 est considérée comme actionneur et le réservoir de pression 6 (rampe commune) comme accumulateur. De plus, pour la pression de carburant, on utilise l'équation des gaz parfaits valable de manière générale p x V = constante (à température cons- tante). On peut ainsi établir l'équation suivante: dp dV dV x'op l dV dpt dVv Pl, P2 t E dV (inject.) () dt dt dt Vrampe dt P2 pl Vpompe E AV inject. (2 A_À At (2) P: Vampe Vrampe Dans ce modèle, on prédéfinit ainsi une diffé- rence de pression Apl, p2 et à partir de là on calcule la pression de carburant régnant à un instant donné dans le ré- servoir de pression. A l'aide des valeurs de pression Préel ainsi ob- tenues, on peut alors coordonner ou régler les points de fonctionnement du moteur à combustion interne de manière adaptée aux conditions réelles de pression. On peut modifier de manière correspondante le point de fonctionnement, par exemple en réglant le volet d'étranglement, ce qui règle la composition du mélange air/carburant introduit globalement dans la chambre de combustion. En variante, on peut prévoir l'utilisation de la réinjection des gaz d'échappement prévue dans le cas d'un catalyseur de gaz d'échappement pour prépa- rer de manière correspondante le mélange. De plus, le point de fonctionnement peut résulter du changement d'angle d'allumage produit lors du mouvement du piston en cours de combustion. Il est particulièrement important de réaliser le procédé selon l'invention sous la forme d'un élément de com- mande pour un appareil de commande d'un moteur à combustion interne, notamment d'un véhicule automobile. Pour cela, l'élément de commande contient en mémoire un programme qui s'exécutera dans un appareil de calcul, notamment un micro- processeur, qui convient pour exécuter le procédé selon l'invention. Dans ce cas, on réalise l'invention par un pro- gramme mis en mémoire dans l'élément de commande de sorte que cet élément de commande avec son programme représente l'invention de la même manière que le procédé exécuté par le Il programme. Comme élément de commande on envisage notamment une mémoire électrique, par exemple une mémoire morte ROM. REV E N D I C A T I ON S 1 ) Procédé de mise en oeuvre d'un moteur à combustion in- terne, notamment d'un véhicule automobile, selon lequel - une pompe d'alimentation (5) fournit le carburant à un ré- servoir de pression (6) et on établit dans celui-ci une pression correspondante agissant sur le carburant, - on mesure la pression agissant sur le carburant dans le ré- servoir de pression (6), - on injecte le carburant à partir du réservoir de pression (6) à l'aide d'au moins un injecteur (11), directement dans une chambre de combustion du moteur à combustion interne (1) en fonction de la pression mesurée, appliquée au carbu- rant et - on modifie le point de fonctionnement du moteur à combus- tion interne avec le passage d'une première pression agis- sant sur le carburant à une seconde pression agissant sur le carburant, caractérisé en ce que dans la zone transitoire entre la première et la seconde pression agissant sur le carburant dans le réservoir de pres- sion (6) on détermine par le calcul la pression agissant cha- que fois effectivement sur le carburant et on réalise une adaptation correspondante du point de fonc- tionnement du moteur à combustion interne (1) à la pression agissant effectivement sur le carburant. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression agissant respectivement sur le carburant est ob- tenue à l'aide d'un calcul sur modèle. * 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pression effective du carburant dans la plage transitoire s'obtient à partir de l'évolution chronologique de l'augmentation ou de la diminution de pression à l'aide des grandeurs d'entrée d'une première et d'une seconde pression agissant sur le carburant, du débit de la pompe d'alimentation (5) et du volume du réservoir de pression (6). 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que pour déterminer la pression agissant effectivement sur le carburant dans la zone transitoire on tient compte de la di- minution de pression liée à la masse de carburant injectée dans la chambre de combustion à partir du réservoir de pres- sion (6). ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on adapte le point de fonctionnement du moteur à combustion interne (1) à la pression agissant effectivement sur le car- burant dans la zone transitoire en modifiant au moins l'un des paramètres déterminants pour la combustion. 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour adapter le point de fonctionnement du moteur à combus- tion interne (1) à la pression agissant effectivement sur le carburant dans le réservoir de pression (6), dans la zone transitoire, on tient compte d'une géométrie d'injection dé- pendant de la pression agissant effectivement. 7 ) Elément de commande, notamment mémoire morte ROM pour un appareil de commande (10) d'un moteur à combustion interne (1) notamment d'un véhicule automobile dans lequel est enre- gistré en mémoire, un programme destiné à être exécuté par un appareil de calcul notamment un microprocesseur et assurant l'exécution d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 6. 8 ) Appareil de commande pour un moteur à combustion interne (1), notamment un véhicule automobile ayant un premier réser- voir de pression (6) recevant le carburant sous une pression fourni par une pompe d'alimentation (5) et d'o le carburant peut être injecté directement dans une chambre de combustion du moteur à combustion interne (1) par un injecteur (11), et qui comporte un capteur de pression (8) pour mesurer la pres- sion agissant sur le carburant dans le réservoir de pression (5), le moteur à combustion interne (1) pouvant fonctionner dans une plage comprise entre au moins deux points de fonc- tionnement selon lesquels on passe d'une première pression agissant sur le carburant à une seconde pression agissant sur le carburant, caractérisé par - un processeur pour calculer la pression agissant effecti- vement sur le carburant dans la plage transitoire entre le premier et le second point de fonctionnement et - un moyen de commande pour adapter le point de fonctionne- ment du moteur à combustion interne à la pression agissant effectivement sur le carburant. 9 ) Appareil de commande selon la revendication 8, caractérisé en ce que la pression agissant effectivement sur le carburant dans la zone transitoire entre le premier et le second point de fonc- tionnement se calcule par un modèle à partir de l'évolution dans le temps de la montée ou de la diminution de pression à l'aide de grandeurs d'entrée d'une première et d'une seconde pression agissant sur le carburant, du débit de la pompe d'alimentation (5) et du volume du réservoir de pression (6) à l'aide d'un processeur. ) Appareil de commande selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le moyen de commande pour adapter le point de fonctionnement du moteur à combustion (10) à la pression agissant effective- ment sur le carburant dans la zone transitoire comprend un moyen pour modifier au moins l'un des paramètres déterminants pour la combustion. 11 ) Moteur à combustion interne, notamment pour véhicule au- tomobile, caractérisé par un procédé de mise en ouvre selon une ou plusieurs des reven- dications 1 à 6 et/ou par une unité de commande (10) selon une ou plusieurs des revendications 8 à 10 et/ou un élément de commande selon la revendication 7 coopérant avec l'unitéde commande (10).