Brevet FR2798963A1 — publié le 20010330

L'invention concerne un procédé de commande d'un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif de recyclage des gaz d'échappement, ce moteur fonctionnant de préférence avec une charge stratifiée et étant du type dans lequel le taux de recyclage des gaz d'échappement est réglé au moyen d'un organe de régulation en fonction d'un point de fonctionnement, et du type dans lequel, lors du réglage du taux de recyclage des gaz d'échappement, l'instabilité de fonctionnement du moteur à combustion interne est prise en compte au moyen de valeurs caractérisant l'instabilité de fonctionnement. Pour réduire encore davantage la consommation de carburant des moteurs de véhicules automobiles à allumage commandé, on met en oeuvre toujours plus souvent des moteurs à combustion interne que l'on fait fonctionner, outre avec un mélange stoechiométrique (lambda = 1), au choix, également avec un mélange pauvre. Dans ce cas, on distingue entre deux types de fonctionnement de base. Dans la zone inférieure de charge, le moteur à combustion interne fonctionne avec une charge de cylindre fortement stratifiée et un excès d'air élevé (fonctionnement avec une charge stratifiée). Cela est obtenu par une injection tardive le temps de compression, un peu avant l'instant d'allumage. Dans ce cas, le mélange air-carburant injecté est réparti de façon stratifié dans la chambre de combustion. Dans la zone de la bougie d'allumage, un mélange facilement inflammable est réalisé, tandis qu'aux endroits en bordure dans la chambre de combustion, se trouve un mélange très pauvre. Avec un tel fonctionnement avec charge stratifiée, on peut obtenir, à côté d'une économie de carburant, également une réduction significative des émissions de NOx. Le, rapport air/carburant lambda peut atteindre, pour un fonctionnement avec charge stratifiée, des valeurs comprises entre 2 et 4,5. On fait fonctionner le moteur à combustion interne largement sans réduction d'admission. Dans la zone supérieure de charge, le moteur à combustion interne fonctionne avec une charge de cylindre homogène. L'injection se fait alors déjà avant le temps d'admission ou pendant le temps d'admission, pour obtenir un bon mélange intime du carburant et de l'air. La masse d'air aspirée est réglée au moyen d'un papillon des gaz en fonction du couple désiré par le conducteur. La quantité injectée nécessaire est, par exemple, calculée à partir de la masse d'air et de la vitesse de rotation, et est corrigée, entre autres, au moyen de la régulation lambda. L'injection du carburant se fait alors soit de la façon habituelle dans le tube d'admission, soit, de préférence, directement dans le ou les cylindres du moteur à combustion interne (injection directe). Pour réduire encore davantage la proportion d'oxyde d'azote dans les gaz d'échappement, on met en oeuvre des systèmes de recyclage des gaz d'échappement. Par une conduite de recyclage des gaz d'échappement, une partie des gaz d'échappement est renvoyée dans le trajet d'admission. Par des signaux d'un dispositif de commande, une valve de recyclage des gaz d'échappement, disposée dans la conduite de recyclage des gaz d'échappement, est commandée ce qui règle la masse des gaz d'échappement recyclés. Comme les gaz d'échappement du moteur à combustion interne sont, dans leurs constituants essentiels, des gaz inertes, on peut, en mélangeant des gaz d'échappement à l'air comburant aspiré, abaisser la température de pointe de la combustion et, ainsi, réduire le rejet d'oxydes d'azote. On désignera, de façon générale, par taux de recyclage des gaz d'échappement, le rapport de la masse des gaz d'échappement recyclés, rapportée à la somme de la masse d'un gaz pur (air aspiré) et de la masse des gaz d'échappement recyclés. Dans le cas d'un taux de recyclage des gaz d'échappement de 10%, les émissions d'oxydes d'azote sont déjà réduites d'environ 50%. Plus la proportion des gaz d'échappement recyclés est élevée, plus le rejet d'oxydes d'azote est réduit. Le rendement du moteur à combustion interne augmente avec la masse des gaz d'échappement recyclés, car moins de chaleur est cédée aux parois des cylindres et les pertes par pompage sont réduites. A partir d'un certain taux élevé de recyclage des gaz d'échappement, la fréquence de ratés d'allumage augmente fortement, de sorte qu'également les émissions HC (hydrocarbures) augmentent fortement de façon inacceptable. Une mesure de la fréquence des ratés d'allumage et d'une combustion seulement incomplète du mélange air-carburant dans les cylindres est l'instabilité de marche. Les émissions de HC et de CO du moteur à combustion interne ne peuvent pas être réduites de façon significative par un système de recyclage des gaz d'échappement. Le taux de recyclage des gaz d'échappement doit être réglé le plus exactement possible, car, autrement, dans le cas d'un taux trop élevé de recyclage des gaz d'échappement, il se produit une augmentation des proportions de HC et de CO dans les gaz d'échappement. Le taux maximal de recyclage des gaz d'échappement est limité par le nombre lambda caractérisant la combustion, car, quand on augmente le recyclage des gaz d'échappement, la proportion d'oxygène dans le mélange air-carburant diminue et ainsi, pour le même remplissage, on dispose de moins d'oxygène pour la combustion. L'instabilité de marche dans le véhicule automobile augmente et cela peut détériorer le confort de conduite et, en raison de ratés d'allumage, à des émissions plus élevées d'hydrocarbures HC. La valeur du taux maximal de recyclage des gaz d'échappement peut être déterminée à partir d'un champ de caractéristiques, en fonction du point de charge du moteur à combustion interne. Par EP 0 485 089 A2, on connaît un procédé de commande d'un moteur à combustion interne, dans le cas duquel une valeur limite du taux de recyclage des gaz d'échappement est déterminée par une élévation du taux de recyclage des gaz d'échappement jusqu'à ce que l'instabilité de marche du moteur à combustion interne dépasse une valeur de seuil prédéfinie. La valeur de consigne du taux de recyclage des gaz d'échappement est alors augmentée par tranches chaque fois d'une valeur d'augmentation prédéfinie, jusqu'à ce que l'instabilité de marche du moteur à combustion interne dépasse la valeur de seuil prédéfinie. A la valeur limite du taux de recyclage des gaz d'échappement est alors assignée la valeur de consigne déterminée en dernier lieu pour le taux de recyclage des gaz d'échappement, déduction faite de la valeur d'augmentation. La valeur limite est enregistrée de façon fixe dans le champ de caractéristiques en fonction de la vitesse de rotation et de la charge actuelles. Dans le cas du procédé connu, la détermination de la valeur limite doit se faire séparément pour chaque valeur du champ de caractéristiques. Pour cela, pour reconnaître de façon sûre la limite de fonctionnement du moteur à combustion interne, la valeur de seuil doit, dans la pratique, être choisie très élevée. Mais cela a pour conséquence que, chaque fois, quand la valeur limite est déterminée, il se produit un à-coups de fonctionnement désagréable du moteur à combustion interne. Cela peut conduire à ce que le conducteur d'un véhicule dans lequel est installé le moteur à combustion interne, suppose, à tort, un fonctionnement défectueux du moteur à combustion interne. Par DE 197 27 793 Ai, est décrit un procédé de commande d'un moteur à combustion interne fonctionnant avec une charge de cylindre homogène. Ce moteur à combustion interne présente un organe de régulation pour régler un taux de recyclage des gaz d'échappement. Une valeur de consigne actuelle du taux de recyclage des gaz d'échappement est déterminée en fonction d'au moins une grandeur de fonctionnement du moteur à combustion interne, par exemple sa vitesse de rotation. La valeur de consigne du taux de recyclage des gaz d'échappement est corrigée avec un facteur de correction. L'organe de régulation est commandé en fonction de la valeur de consigne corrigée du taux de recyclage des gaz d'échappement. On détermine le facteur de correction en fonction de l'instabilité de marche du moteur à combustion interne, si une condition prédéfinie est remplie. Le but de l'invention est d'offrir un procédé de commande d'un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif de recyclage des gaz d'échappement, procédé dans le cas duquel, pour chaque point de fonctionnement du moteur à combustion interne, en particulier en fonctionnement avec charge stratifiée, on puisse régler le taux optimal de recyclage des gaz d'échappement et dans le cas duquel les émissions soient réduites. Ce problème est résolu dans un procédé du type indiqué en introduction, qui est caractérisé en ce que - le moteur à combustion interne fonctionne en fonction de paramètres de fonctionnement, avec, au choix, un mélange air-carburant homogène ou un mélange air- carburant stratifié, - dans le fonctionnement du moteur à combustion interne avec charge stratifiée et dans le cas d'un recyclage des gaz d'échappement actif, les valeurs caractérisant l'instabilité de fonctionnement sont comparées à une valeur de seuil, - on augmente le taux de recyclage des gaz d'échappement si les valeurs caractérisant l'instabilité de fonctionnement n'atteignent pas la valeur de seuil, - en cas de dépassement de la valeur de seuil pour les valeurs caractérisant l'instabilité de fonctionnement, on examine si une valeur limite pour un taux minimal de recyclage des gaz d'échappement est atteinte, - en fonction du résultat de la comparaison, on réduit le taux de recyclage des gaz d'échappement ou le rapport air/carburant du mélange air-carburant. L'invention se distingue par le fait que le taux de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne pouvant fonctionner en charge stratifiée est régulé en fonction de l'instabilité de marche du moteur à combustion interne. Par une régulation de la limite du taux de recyclage des gaz d'échappement, au moyen du degré d'ouverture d'une valve de recyclage des gaz d'échappement, et/ou par une régulation de la limite du rapport air/carburant au moyen du réglage du papillon des gaz, on obtient une bonne adaptation du taux de recyclage des gaz d'échappement au confort de conduite, ainsi qu'une réduction des émissions. Il est ainsi possible, à chaque instant, de régler le taux optimal de recyclage des gaz d'échappement et, ainsi, de réduire les émissions de NOx à une valeur minimale. Si les valeurs correspondant à l'instabilité de marche réclament d'autres mesures pour améliorer le confort de conduite ou la réduction des émissions, et si un taux de recyclage des gaz d'échappement minimal prédéfini est déjà atteint, on peut, comme mesure supplémentaire, réaliser une diminution du rapport air/carburant, par exemple, par un réglage du papillon des gaz. En réduisant l'angle d'ouverture du papillon des gaz, pour une injection presque inchangée, le remplissage diminue et produit ainsi une limitation du rapport air/carburant. Aussitôt que le rapport air/carburant du mélange aircarburant a atteint une valeur minimale prédéfinie, on effectue, comme dernière conséquence, une commutation vers le fonctionnement homogène du moteur. De plus, la régulation prend en compte des paramètres déterminés par l'instabilité de marche, qui ne sont pas, en règle générale, prévus dans la commande du moteur, comme, par exemple, la composition du carburant ou la circulation à des altitudes élevées. Le procédé selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - en cas de dépassement de la valeur limite pour le taux minimal de recyclage des gaz d'échappement, on réduit le rapport air/carburant lambda du mélange air- carburant, on compare cette valeur à une valeur limite pour un rapport air/carburant minimal, et si cette valeur limite est dépassée, on effectue une commutation vers le fonctionnement du moteur à combustion interne avec mélange air-carburant homogène; - si la valeur pour le taux minimal de recyclage des gaz d'échappement n'est pas encore atteint, on réduit le taux de recyclage des gaz d'échappement; - l'augmentation ou la réduction du taux de recyclage des gaz d'échappement est réalisée par action sur un organe de régulation pour le taux de recyclage des gaz d'échappement dans le sens d'une ouverture ou d'une fermeture, au moyen de signaux d'un dispositif de commande commandant le moteur à combustion interne; - la valeur de seuil, la valeur limite pour le taux minimal de recyclage des gaz d'échappement et la valeur limite pour le nombre d'air minimal sont déterminées expérimentalement et enregistrées dans une mémoire d'un dispositif de commande commandant le moteur à combustion interne; - la réduction du rapport air/carburant est effectuée par réglage d'un papillon des gaz disposé dans le trajet d'admission du moteur à combustion interne, ou par la commande des soupapes de changement des gaz, du côté admission d'un cylindre du moteur à combustion interne; - l'organe de régulation est une valve de recyclage des gaz d'échappement. On décrira ci-après plus en détail un exemple d'exécution de l'invention, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels: - la figure 1 représente un moteur à combustion interne comportant un dispositif de recyclage des gaz d'échappement et un dispositif de commande pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, et - la figure 2 est un organigramme du procédé. Sur la figure 1, sous la forme d'un schéma synoptique, on a représenté, de façon très simplifiée, un moteur à combustion interne à allumage commandé, avec injection directe, dans lequel on utilise le procédé selon l'invention. On a seulement représenté les composants qui sont indispensables pour la compréhension de l'invention. En particulier, on n'a représenté ni le circuit de carburant, ni le dispositif de retraitement des gaz d'échappement. Un trajet d'admission 1 comporte un collecteur 2 et un tube d'aspiration 3. De plus, dans le trajet d'admission 1, sont disposés un détecteur de charge, sous la forme d'un appareil de mesure de la masse d'air 4, et un papillon des gaz 5. Le tube d'aspiration 3 relie le collecteur 2 à l'admission d'un cylindre 6. Le cylindre 6 est relié à un trajet d'échappement 7 par lequel sont rejetés les gaz d'échappement. Une conduite de recyclage des gaz d'échappement 8 part en dérivation du trajet d'échappement 7 et débouche dans le trajet d'admission 1, en aval du papillon des gaz 5. Le sens d'écoulement de l'air aspiré est repéré par une flèche. Une valve de recyclage des gaz d'échappement 9, qui englobe un actionneur électromagnétique non représenté, est disposée dans la conduite de recyclage des gaz d'échappement 8. Un dispositif de commande électronique 10 comporte une unité de travail 11, qui traite des signaux de détecteurs qui relèvent des grandeurs de fonctionnement du moteur à combustion interne. Un capteur de position 12 du papillon des gaz relève l'angle d'ouverture du papillon des gaz 5, un capteur de vitesse de rotation 13 relève la vitesse de rotation actuelle d'un vilebrequin 15, un détecteur de degré d'ouverture 14 relève le degré d'ouverture de la valve de recyclage des gaz d'échappement 9, et une sonde de gaz d'échappement 16 relève la teneur en oxygène dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne. D'autres signaux nécessaires pour la commande et la régulation du moteur à combustion interne sont fournis, par exemple, par une sonde de température du moteur ou par une sonde de température du fluide de refroidissement, et par une sonde de température des gaz d'échappement (non représentée). Le dispositif de commande électronique 10 présente, de plus, un dispositif 17 pour calculer l'instabilité de marche du moteur à combustion interne, dispositif tel qu'il est, par exemple, décrit dans WO 97/20195. De plus, le dispositif de commande électronique 10 présente également un dispositif électrique 18 pour commander l'actionneur de la valve de recyclage des gaz d'échappement 9. Ce dispositif 18 règle, en fonction d'une ou de plusieurs grandeurs de fonctionnement du moteur à combustion interne - par exemple en fonction de l'angle d'ouverture du papillon des gaz 5 et d'une vitesse de rotation du vilebrequin 15 - le degré d'ouverture de la valve de recyclage des gaz d'échappement 9. Avec le signal de la sonde des gaz d'échappement 16, le rapport air/carburant est réglé en fonction des valeurs de consigne prédéfinies dans les différents domaines de fonctionnement du moteur à combustion interne (fonctionnement en charge homogène ou fonctionnement en charge stratifiée) . Cette fonction est prise en charge par un dispositif de régulation lambda 19, connu en lui-même, qui est intégré, de préférence, dans le dispositif de commande électronique 10. Le dispositif de commande électronique 10 détermine, de façon connue, en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne, en particulier en fonction de la charge et de la vitesse de rotation, une valeur de base de la masse de carburant, valeur qui est corrigée au moyen de plusieurs facteurs correctifs notamment sur la base du signal de la sonde des gaz d'échappement. La masse de carburant ainsi déterminée est injectée, au moyen de soupapes d'injection 20, pour chaque cycle de fonctionnement du cylindre 6. Un organigramme du procédé de commande du moteur à combustion interne est représenté sur la figure 2. Au démarrage du moteur à combustion interne, le programme débute par un premier pas de programme Si. Au pas de programme S2, on demande si le moteur à combustion interne fonctionne en charge stratifiée. Cette question est répétée constamment jusqu'à ce que la réponse à la question soit affirmative. Si le fonctionnement en charge stratifiée est actif, on examine ensuite, au pas de programme S3, si le recyclage des gaz d'échappement a été activé. Pour cela, le signal du détecteur de degré d'ouverture 14 dans la conduite de recyclage des gaz d'échappement 8, est interprété. Si les gaz d'échappement ne sont pas recyclés du trajet d'échappement 7 dans le trajet d'admission 1, on revient au début du programme et les pas de programme S2 et S3 sont de nouveau exécutés. Si à la question au pas de programme S3, il est répondu que le moteur à combustion interne fonctionne avec recyclage des gaz d'échappement, on examine ensuite le comportement de marche du moteur à combustion interne. Pour cela, à un pas de programme S4, la valeur caractérisant l'instabilité de fonctionnement LU, fournie par un procédé quelconque connu, par exemple par le procédé proposé dans WO 97/20195, est comparée à une valeur de seuil SW prédéfinie. La valeur de seuil SW est déterminée expérimentalement au banc d'essai et est mise en mémoire dans un champ de caractéristiques d'une mémoire du dispositif de commande électronique 10. La valeur d'instabilité de fonctionnement LU augmente si le nombre des cycles de travail comportant une combustion incomplète ou également des ratés d'allumage augmente. Si la valeur d'instabilité de fonctionnement LU est en dessous de la valeur de seuil SW, on augmente, au pas de programme S5, le taux de recyclage des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, et les pas de programme S2 à S4 sont de nouveau exécutés. L'augmentation du taux de recyclage des gaz d'échappement se fait en commandant la valve de recyclage des gaz d'échappement dans le sens de l'ouverture. La section il d'ouverture de la valve de recyclage des gaz d'échappement est agrandie pas-à-pas jusqu'à ce que la valeur d'instabilité de fonctionnement LU dépasse la valeur de seuil SW. Si c'est le cas, on demande, à un pas de programme S6, si déjà le taux minimal de recyclage des gaz d'échappement est atteint. Pour cela, la valeur actuelle du taux de recyclage des gaz d'échappement réglé, qui est déterminé par le dispositif de commande électronique 10 en fonction de signaux correspondants, par exemple la masse d'air frais aspirée et la masse des gaz d'échappement recyclés, est comparée à une valeur limite. Cette valeur limite pour le taux minimal de recyclage des gaz d'échappement est déterminée, pour chaque moteur à combustion interne, individuellement et expérimentalement au banc d'essai et est enregistrée dans un champ de caractéristiques d'une mémoire du dispositif de commande électronique 10. Une valeur typique pour le taux de recyclage des gaz d'échappement minimal est, par exemple, %. Si le taux de recyclage des gaz d'échappement minimal n'est pas encore atteint (la réponse à la question, au pas de programme S6, est non), on réduit, à un pas de programme S7, le taux de recyclage des gaz d'échappement. Cela se fait en commandant l'actionneur de la valve de recyclage des gaz d'échappement 9 dans le sens de fermeture. Ensuite, on revient au pas de programme S2. Si la réponse à la question au pas de programme S6 est que le taux de recyclage des gaz d'échappement minimal est déjà atteint, on réduit la valeur lambda au cours d'un pas de programme S8, comme mesure supplémentaire destinée à améliorer le confort de conduite et à réduire les émissions. Cela peut, par exemple, se faire en diminuant l'angle du papillon des gaz. En diminuant l'angle du papillon des gaz, pour un injection presque inchangée, le remplissage diminue et provoque ainsi une limitation de la valeur lambda maximale permise. Si le moteur à combustion interne présente un système de commande de la charge au moyen de soupapes de changement des gaz réglables indépendamment de la position de l'arbre à cames, la réduction de la valeur lambda peut se faire par une fermeture anticipée de la soupape d'admission. Après réduction de la valeur lambda, on examine, au pas de programme S9, si la valeur lambda réduite se trouve en-dessous d'une valeur minimale donnée. Si ce n'est pas encore le cas, on revient au pas de programme S2. Aussitôt que la valeur lambda passe en-dessous de la valeur minimale, par exemple par suite d'une mauvaise qualité du carburant, on quitte, comme conséquence, au pas de programme S10, le fonctionnement avec charge stratifiée et on fonctionne avec un mélange homogène. Ensuite on revient au pas de programme S2. L'organigramme est de préférence, réalisé dans le dispositif de commande électronique 10 sous la forme d'un programme. Mais il peut aussi, en variante, être réalisé sous la forme d'un circuit câblé fixe. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif de recyclage des gaz d'échappement, au cours duquel: - le taux de recyclage des gaz d'échappement est réglé au moyen d'un organe de régulation en fonction d'un point de fonctionnement, - lors du réglage du taux de recyclage des gaz d'échappement, l'instabilité de fonctionnement du moteur à combustion interne est prise en compte au moyen de valeurs caractérisant l'instabilité de fonctionnement, caractérisé en ce que - le moteur à combustion interne fonctionne en fonction de paramètres de fonctionnement, avec, au choix, un mélange air-carburant homogène ou un mélange air- carburant stratifié, - dans le fonctionnement du moteur à combustion interne avec charge stratifiée et dans le cas d'un recyclage actif des gaz d'échappement, les valeurs caractérisant l'instabilité de fonctionnement (LU) sont comparées à une valeur de seuil (SW), - on augmente le taux de recyclage des gaz d'échappement si les valeurs caractérisant l'instabilité de fonctionnement (LU) n'atteignent pas la valeur de seuil (SW), - en cas de dépassement de la valeur de seuil (SW) pour les valeurs caractérisant l'instabilité de fonctionnement (LU), on examine si une valeur limite pour un taux minimal de recyclage des gaz d'échappement est atteinte, - en fonction du résultat de la comparaison, on réduit le taux de recyclage des gaz d'échappement ou le rapport air/carburant du mélange air-carburant. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que - en cas de dépassement de la valeur limite pour le taux minimal de recyclage des gaz d'échappement, le rapport air/carburant lambda du mélange air-carburant est réduit, - on compare cette valeur à une valeur limite pour un rapport air/carburant minimal, et - si cette valeur limite est dépassée, on effectue la commutation vers le fonctionnement du moteur à combustion interne avec mélange air-carburant homogène. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réduit le taux de recyclage des gaz d'échappement si la valeur pour le taux minimal de recyclage des gaz d'échappement n'est pas encore atteint. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que respectivement l'augmentation ou la réduction du taux de recyclage des gaz d'échappement se fait par une commande de l'organe de régulation pour le taux de recyclage des gaz d'échappement dans le sens d'une ouverture ou d'une fermeture, au moyen de signaux d'un dispositif de commande commandant le moteur à combustion interne. 5. Procédé suivant les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que la valeur de seuil (SW), la valeur limite pour le taux minimal de recyclage des gaz d'échappement et la valeur limite pour le rapport air/carburant minimal sont déterminées expérimentalement et sont enregistrées dans une mémoire d'un dispositif de commande commandant le moteur à combustion interne. 6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la réduction du rapport air/carburant se fait par le réglage d'un papillon des gaz (5) disposé dans le trajet d'admission 1 du moteur à combustion interne. 7. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la réduction du rapport air/carburant se fait par commande de soupapes de changement des gaz, du côté admission d'un cylindre (6) du moteur à combustion interne. 8. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendication 4, caractérisé en ce que l'organe de régulation est une valve (9) de recyclage des gaz d'échappement.