Brevet FR2805001A1 — publié le 20010817

Etat de la technique La présente invention concerne un procédé de mise en oeuvre d'un moteur à combustion interne, notamment d'un mo- teur à injection directe, selon lequel on saisit le couple réel du moteur et on règle le couple fourni par le moteur en fonction du couple réel saisi, du couple de consigne et d'autres paramètres de fonctionnement du moteur. L'invention concerne également un moteur à com- bustion interne, notamment à injection directe, comprenant une installation de saisie de couple pour saisir le couple réel du moteur et des moyens d'application pour régler le couple fourni par le moteur en fonction du couple réel saisi, du couple de consigne ou d'autres paramètres de fonc- tionnement du moteur à combustion interne. Dans les moteurs à combustion interne, le prin- cipe de la commande ou de la régulation du mode de fonction- nement consiste à utiliser le couple fourni par le moteur. On appelle cela également une structure de couple. Le couple de consigne demandé est converti en action de réglage concrète du volet d'étranglement et de l'angle d'allumage. Le couple réel du moteur à combustion interne par exemple dans le cas d'un moteur à essence avec injection dans la tubulure d'aspiration, est mesuré par un capteur de masse d'air et une sonde Lambda. Une telle mesure du couple réel fournit des ré- sultats relativement précis, car dans le cas de moteurs à es- sence à injection dans la tubulure d'aspiration, la masse d'air est une mesure du couple réel fourni par le moteur à combustion interne. La situation est différente dans le cas de mo- teurs à combustion interne à injection directe dans lesquels la masse d'air n'est pas une mesure du couple réel; seule la masse de carburant définit le couple. C'est pourquoi dans le cas de moteurs à combustion interne à injection directe, on ne peut déterminer simplement le couple réel avec le capteur de masse d'air et une sonde lambda, pour avoir un résultat suffisamment précis. De plus dans les moteurs à combustion interne à injection directe, les grandeurs ou paramètres de réglage in- fluençant le couple sont plus nombreux. Le couple de consigne demandé dans le cas d'un moteur à combustion interne à injec- tion directe peut se régler non seulement par la position du volet d'étranglement et de l'angle d'allumage, mais également à partir de la masse de carburant, le début de l'injection, le coefficient de réinjection de gaz d'échappement, le rap- port carburant/air, c'est-à-dire le rapport lambda, la posi- tion d'un volet de déplacement de charge ou autres moyens analogues. Du fait des relations complexes entre le couple généré par le moteur à combustion interne à injection directe et les autres paramètres de fonctionnement du moteur, dans le cas des moteurs à combustion interne à injection directe, on mesure le couple et on commande ou un régule le moteur à com- bustion interne à partir du couple de consigne en appliquant des fonctions compliquées avec de nombreuses modélisations. L'établissement des modèles et l'application des fonctions sont extrêmement compliqués. Un autre inconvénient est que la mesure du couple réel et la commande ou la régulation du moteur à combustion interne en fonction du couple de consigne, à l'aide de modè- les et de fonctions ne sont possibles qu'avec une précision limitée. Du fait de ces imprécisions, il faut que la commande ou la régulation du fonctionnement du moteur à combustion in- terne se fasse avec des réserves de sécurité suffisamment im- portantes; en particulier, il faut prévoir des intervalles de sécurité relativement grands dans l'application des limi- tes de fonctionnement des différents types de fonctionnement (fonctionnement en mode stratifié, fonctionnement en mode ho- mogène). Il en résulte que le moteur à combustion interne ne peut être optimisé suffisamment du point de vue de la réduc- tion au minimum de la consommation de carburant et de l'émission de gaz d'échappement. Un autre inconvénient des procédés connus de com- mande d'un moteur à combustion interne à injection directe est que les imprécisions de la détermination du couple réel créent des imprécisions ou des difficultés dans les équipe- ments du véhicule commandé ou régulé en fonction du couple réel ainsi déterminé. Il s'agit par exemple de la boîte de vitesses automatique qui peut avoir des difficultés de fonc- tionnement, car à partir du couple réel, saisi, on exécute une commutation bien que selon le couple réel effectif, cela5 ne serait pas nécessaire voire contraire au bon fonctionne- ment. De plus, les précisions de commutation entre les diffé- rents modes de fonctionnement d'un moteur à combustion interne à injection directe (mode stratifié, mode homogène) conduisent à des variations brusques de couple qui détério-10 rent également la qualité de roulement. Enfin, sans saisie suffisamment précise du couple réel, on ne peut pas sur- veiller le moteur à combustion interne pour déceler un couple élevé non demandé. La présente invention a pour but de déterminer avec une meilleure précision le couple réel fourni par un mo- teur à combustion interne notamment à injection directe pour permettre d'optimiser la commande ou la régulation du fonc- tionnement du moteur. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'on saisit l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne, on saisit le couple réel à l'aide d'au moins un capteur de pression installé dans au moins une chambre de combustion du moteur, pour un certain état de fonctionnement constant du moteur, dans le cadre d'une boucle d'adaptation, on optimise l'angle d'allumage et le début d'injection vis-à-vis d'un couple aus- si élevé que possible que peut fournir le moteur, et on uti- lise l'angle d'allumage optimisé et le début d'injection optimisé pour le fonctionnement ultérieur du moteur à combus- tion interne. Avantages de l'invention Le procédé selon l'invention consiste à saisir l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne. Cet état est saisi, que le moteur soit à l'état stationnaire ou dans un état transitoire comme par exemple pendant la phase de montée en température ou en présence d'un couple dynami- que. L'état de fonctionnement est saisi à l'aide du régime (vitesse de rotation) et de la charge du moteur à combustion interne. La charge utilisée est de préférence sous la forme du couple réel fourni par le moteur ou du couple de consigne. En plus, on peut également tenir compte d'autres grandeurs ou paramètres de fonctionnement du moteur comme par exemple sa température pour la saisie de l'état de fonctionnement. Dans au moins une chambre de combustion du mo- teur, on installe au moins un capteur de pression permettant de saisir avec une précision particulièrement élevée le cou- ple réel fourni par le moteur. Un tel capteur de pression dans la chambre de combustion est prévu de préférence dans chaque cylindre mais aussi seulement dans un cylindre pilote du moteur à combustion interne. A partir de la pression sai- sie par le capteur de pression de chambre de combustion, en intégrant dans le volume de la chambre de combustion, on dé- termine le travail indexé. Le signal de sortie du capteur de pression de la chambre de combustion est un couple indexé d'un cylindre mesuré en unité Nm ou aussi en %. Ce n'est que grâce à la saisie particulièrement précise du couple réel comme celle permise par un capteur de pression de chambre de combustion que l'on peut faire fonctionner le moteur à com- bustion interne de la manière prévue par l'invention, c'est- à-dire que l'on optimise l'angle d'allumage et le début de l'injection par rapport à un couple aussi élevé que possible du moteur. Après la saisie de l'état de fonctionnement et du couple réel fourni par le moteur à combustion interne, on op- timise l'angle d'allumage et le début de l'injection dans un certain état de fonctionnement du moteur par rapport au cou- ple aussi élevé que possible du moteur. L'optimisation se fait pour différents paramètres de fonctionnement, toujours dans le cadre d'une boucle adaptative. Dans une boucle adaptative, pour un paramètre de fonctionnement constant par exemple pour une masse de carbu- rant constante, on modifie l'angle d'allumage et le début de l'injection jusqu'à ce que le moteur à combustion interne gé- nère un couple maximum. On répète cette procédure pour plu- sieurs valeurs constantes d'un certain paramètre de fonctionnement et dans différentes boucles d'adaptation pour plusieurs paramètres de fonctionnement. De cette manière, on détermine l'angle d'allumage optimum et de début d'injection optimum pour un grand nombre de points de fonctionnement dif- férents du moteur à combustion interne, pour lesquels le mo-5 teur fournit un couple maximum. L'angle d'allumage optimisé et le début d'injection optimisé sont alors utilisés pour la commande ou mise en oeuvre du moteur à combustion interne. Pour chaque moteur à combustion interne, on règle individuellement de manière optimale l'angle d'allumage et le début de l'injection pour un grand nombre de points de fonc- tionnement selon le procédé de l'invention. Comme le couple réel se détermine avec une précision particulièrement élevée à l'aide du capteur de pression dans la chambre de combus- tion, en utilisant le couple réel dans d'autres équipements du véhicule par exemple dans la boîte de vitesses automati- que, on améliore significativement la qualité de roulement du véhicule. L'adaptation de l'angle d'allumage et du début de l'injection selon l'invention augmente en outre la qualité de roulement puisque lors de la commutation entre différents mo- des de fonctionnement (mode stratifié, mode homogène), il n'y a pas de variation de couple ou encore ces variations sont faibles. Enfin, on diminue la consommation en carburant et la quantité de gaz d'échappement émise, car on peut réduire les réserves de sécurité pour la commande ou la régulation du fonctionnement du moteur à combustion interne. Du fait de la mesure directe du couple à l'aide du capteur de pression dans la chambre de combustion et de la régulation de la combustion pour un rendement maximum, on ob- tient en résumé les avantages suivants pour les grandeurs de réglage, angle d'allumage et début d'injection: - mise en oeuvre de moyens réduits pour l'application, - mise en ouvre de moyens réduits pour le développement du fonctionnement, - réduction de la consommation de carburant et de l'émission de gaz d'échappement, - adaptation individuelle des grandeurs de réglage pour un rendement maximum pour chaque moteur. Selon un développement avantageux de l'invention, on optimise l'angle d'allumage et le début de l'injection dans l'état de fonctionnement d'un fonctionnement station- naire du moteur à combustion interne. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'angle d'allumage et le début de l'injection sont chaque fois optimisés dans le cadre d'une boucle d'adaptation en prenant comme paramètres de fonctionnement constants la masse de carburant, la pression de carburant, le coefficient lambda du rapport carburant/air, la position d'un volet de remplissage et/ou le coefficient de réinjection des gaz d'échappement. De manière avantageuse on enregistre l'angle d'allumage optimisé et le début d'injection optimisé pour les différents paramètres de fonctionnement dans des champs d'adaptation de caractéristiques. De préférence, on enregistre dans un premier champ de caractéristiques à plusieurs dimensions, les valeurs optimisées de l'angle d'allumage et dans un autre champ de caractéristiques à plusieurs dimensions, on enregistre les valeurs optimisées du début de l'injection. Le procédé selon l'invention est appliqué de pré- férence après la fabrication du moteur. En variante ou en plus, on peut également utiliser le procédé à certains mo- ments répartis au cours de la durée de vie du moteur. Pour résoudre le problème de l'invention, il est également proposé un moteur à combustion interne correspon- dant au type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le mo- teur comporte une installation pour saisir l'état de fonctionnement, l'installation de saisie de couple se compose d'au moins un capteur de pression installé dans au moins une chambre de combustion du moteur à combustion interne, le mo- teur comporte une commande adaptative de déroulement qui, pour un certain état de fonctionnement constant du moteur, dans le cadre d'au moins une boucle adaptative, optimise l'angle d'allumage et le début de l'injection vis-à-vis d'un couple aussi élevé que possible que pourra fournir le moteur, et les moyens d'application pour le réglage du couple se rè- glent ultérieurement sur l'angle d'allumage optimisé et sur le début d'injection optimisé. Selon un autre développement avantageux de l'invention, la commande de déroulement d'adaptation optimise l'angle d'allumage et le début d'injection dans l'état de fonctionnement correspondant à un fonctionnement stationnaire du moteur à combustion interne. Selon un autre mode de réalisation préférentiel de l'invention, la commande de déroulement d'adaptation opti- mise l'angle d'allumage et le début d'injection chaque fois dans le cadre d'une boucle d'adaptation en prenant comme pa- ramètres de fonctionnement constants, la masse de carburant, la pression de carburant, le coefficient lambda du rapport carburant/air, la position d'un volet de charge et/ou du coefficient de réinjection de gaz d'échappement. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation préférentiel représenté schématiquement dans les dessins an- nexés, dans lesquels: - la figure 1 montre un procédé selon l'invention pour la mise en oeuvre d'un moteur à combustion interne correspon- dant à un mode de réalisation préférentiel, - la figure 2 montre un mode de réalisation préférentiel d'un moteur à combustion interne selon l'invention. Description des exemples de réalisation Selon la figure 1, le procédé selon l'invention tel que représenté sert notamment à la mise en oeuvre (com- mande) de moteurs à combustion interne à injection directe. Le procédé commence par un bloc de fonction 10. Dans le bloc 11 suivant, on détermine le couple réel Mréel du moteur à combustion interne. Pour cela au moins une chambre de combus- tion du moteur comporte au moins un capteur de pression. Le capteur de pression de chambre de combustion peut équiper tous les cylindres ou seulement un cylindre pilote sélection- né dans le moteur. Par intégration de la pression fournie par le capteur de pression dans le volume de la chambre de com- bustion, on obtient un travail indexé qui peut être converti sans difficulté en un couple réel indexé M réel. Dans le bloc 12 suivant, à partir du régime (n) du moteur et de sa charge, on détermine l'état de fonctionne- ment 13 du moteur. Comme charge dans le présent exemple de réalisation, on utilise le couple réel M_réel du moteur. En variante, on peut également utiliser un couple de consigne prédéterminé M cons comme représentant la charge. En plus du régime (n) et du couple réel Mréel du moteur, on peut égale- ment utiliser d'autres grandeurs d'état de fonctionnement du moteur comme par exemple sa température. Dans le bloc d'interrogation 14, suivant, on vé- rifie si le moteur à combustion interne est à l'état station- naire 13. Le moteur ne se trouve pas dans un état de fonctionnement stationnaire 13 mais dans un état de fonction- nement transitoire, par exemple pendant la phase de montée en température ou dans le cas d'un couple dynamique. Si le mo- teur n'est pas dans un état de fonctionnement stationnaire 13, le bloc d'interrogation 14 revient au bloc 11. La boucle composée des blocs 11, 12, 14 est parcourue jusqu'à ce que le moteur à combustion interne se trouve dans un état de fonc- tionnement stationnaire 13. Puis, dans un bloc 15, on sélec- tionne un premier paramètre de fonctionnement par exemple la masse (m) de carburant. Dans le bloc 16 suivant, on optimise pour le point de fonctionnement (M,n) l'angle d'allumage ZW et le dé- but d'injection ESB, pour que le moteur fournisse un couple aussi élevé que possible. On fait varier le paramètre de fonctionnement choisi pour le mettre à différentes valeurs constantes; à chaque valeur constante, on détermine l'angle d'allumage ZW optimisé et le début d'injection ESB optimisé. Dans le bloc d'interrogation 17, suivant, on vérifie si l'on a obtenu un angle d'allumage ZW optimisé et un début d'injection optimisé ESB pour tous les paramètres de fonc- tionnement donnés. Dans la négative, on repasse du bloc d'interrogation dans un bloc de fonctionnement 18 qui sélec- tionne le paramètre de fonctionnement suivant par exemple le coefficient de réinjection des gaz d'échappement AGR, le coefficient lambda représentant le rapport carburant/air, la pression de carburant PRail. Après le bloc 18, le procédé revient dans le bloc 16. A ce moment, on détermine de nouveau l'angle d'allumage optimisé ZW et le début d'injection opti- misé ESB pour différentes valeurs constantes du paramètre de fonctionnement choisi alors. Les blocs 16 et 18 forment une boucle d'adaptation que l'on parcourt pour chacun des paramè- tres de fonctionnement prédéterminés. Dès que l'on a obtenu l'angle d'allumage optimisé ZW et le début d'injection optimisé ESB pour tous les paramè- tres de fonctionnement prédéterminés, on passe du bloc d'interrogation 17 au bloc de fonction 19. A ce moment, on enregistre dans les champs de caractéristiques d'adaptation , les angles d'allumage optimisés ZW et débuts d'injection optimisés ESB pour les différents points de fonctionnement du moteur. Le procédé selon l'invention se termine par le bloc 21 suivant. Les valeurs enregistrées pour l'angle d'allumage optimisé ZW et le début d'injection optimisé ESB constituent les éléments utilisés pour la suite du fonctionnement du mo- teur à combustion interne. Le procédé selon l'invention est appliqué après la fabrication d'un moteur. On règle alors de manière opti- male, individuellement pour chaque moteur, l'angle d'allumage ZW et le début de l'injection ESB pour que le moteur à com- bustion interne génère un couple maximum. En variante ou en plus, le procédé selon l'invention peut également être appli- qué à différents moments répartis au cours de la durée de vie du moteur à combustion interne. Ces différents moments peu- vent être répartis par exemple en fonction d'une durée (par exemple une fois par an) ou en fonction d'un événement (par exemple tous les 100 000 km ou toutes les 1 000 heures de fonctionnement). On peut ainsi compenser les phénomènes d'usure du moteur répartis sur la durée de vie. Le procédé selon l'invention permet d'assurer un fonctionnement fiable notamment de moteurs à combustion in- terne à injection directe. Grâce à la détermination particu- lièrement précise du couple réel par le capteur de pression de la chambre de combustion, on peut diminuer les réserves de sécurité pour la régulation ou la commande du moteur, ce qui améliore de manière décisive la qualité de roulement du véhi- cule dont le moteur est commandé selon l'invention. La figure 2 montre l'ensemble d'un moteur à com- bustion interne selon l'invention avec ses équipements. Le moteur à combustion interne proprement dit porte la référence 22. Le moteur est commandé ou régulé par un appareil de com- mande 23 muni des moyens d'application pour régler (réguler ou commander) le couple fourni par le moteur en fonction du10 couple réel saisi Mréel, du couple de consigne Mcons et d'autres paramètres de fonctionnement du moteur 22. Les moyens d'application utilisent des champs de caractéristiques d'adaptation 20 dans lesquels sont enregistrés l'angle d'allumage optimisé ZW et le début d'injection optimisé ESB pour un grand nombre d'états de fonctionnement du moteur 22. L'appareil de commande 23 comporte également une commande de déroulement d'adaptation qui détermine selon le procédé de l'invention, pour des états de fonctionnement donnés du mo- teur 22, l'angle d'allumage optimisé ZW et le début d'injection optimisé ESB et les enregistre dans les champs de caractéristiques d'adaptation 20. Une installation 24 de saisie de l'état de fonc- tionnement transmet l'état de fonctionnement 13 du moteur à combustion interne à l'appareil de commande 23. Le couple réel Mréel du moteur est transmis à l'appareil de commande 23 par une installation de saisie de couple 25 comprenant au moins un capteur de pression 26 installé dans une chambre de combustion du moteur à combustion interne 22. La pression (p) fournie par le capteur de pression 26 est intégrée sur le vo- lume de la chambre de combustion pour déterminer le travail indexé W. Puis à partir du travail indexé W, on obtient le couple réel M réel. L'appareil de commande 23 optimise selon le pro- cédé de l'invention, l'angle d'allumage ZW et le début de l'injection ESB du moteur par rapport au couple le plus élevé possible que peut fournir le moteur. Les angles d'allumage optimisés ZW et les valeurs optimisées du début de l'injection ESB sont enregistrés dans des champs de caracté- ristiques d'adaptation 20. A la fin du procédé de l'invention, les moyens d'application de l'appareil de com- mande 23 reprennent la commande ou la régulation du moteur à combustion interne 22. Pour cela, on règle le couple fourni5 par le moteur 22 aussi rapidement et aussi précisément que possible sur le couple de consigne Mcons donné par le con- ducteur 27. Pour la commande ou la régulation du couple four- ni par le moteur 22, l'appareil de commande 23 cherche l'angle d'allumage ZW optimisé et le début d'injection opti-10 misé ESB enregistrés dans les champs de caractéristiques d'adaptation 20. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Procédé de mise en oeuvre d'un moteur à combustion interne (22), notamment d'un moteur à injection directe, selon lequel on saisit le couple réel (M_réel) du moteur (22) et on règle le couple fourni par le moteur (22) en fonction du couple réel saisi (M_réel), du couple de consigne (M_cons) et d'autres paramètres de fonctionnement du moteur (22), caractérisé en ce qu' - on saisit l'état de fonctionnement (13) du moteur à com- bustion interne (22), - on saisit le couple réel (M_réel) à l'aide d'au moins un capteur de pression (26) installé dans au moins une cham- bre de combustion du moteur (22), - pour un certain état de fonctionnement (13) constant du moteur (22), dans le cadre d'une boucle d'adaptation, on optimise l'angle d'allumage (ZW) et le début d'injection (ESB) vis-à-vis d'un couple aussi élevé que possible que peut fournir le moteur (22), et on utilise l'angle d'allumage optimisé (ZW) et le début d'injection optimisé (ESB) pour le fonctionnement ulté- rieur du moteur à combustion interne (22). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on optimise l'angle d'allumage (ZW) et le début de l'in- jection (ESB) dans l'état de fonctionnement (13) d'un fonc- tionnement stationnaire du moteur à combustion interne (22). 3 ) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'angle d'allumage (ZW) et le début de l'injection (ESB) sont chaque fois optimisés dans le cadre d'une boucle d'adaptation en prenant comme paramètres de fonctionnement constants la masse de carburant (m), la pression de carburant (p_Rail), le coefficient lambda du rapport carburant/air, la position d'un volet de remplissage et/ou le coefficient de réinjection des gaz d'échappement (AGR). 4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu' on enregistre l'angle d'allumage optimisé (ZW) et le début d'injection optimisé (ESB) pour les différents paramètres de fonctionnement dans des champs d'adaptation de caractéristi- ques (20) ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu' on applique le procédé à la fin de la fabrication du moteur à combustion interne (22). 6 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu' on applique le procédé à certains moments répartis au cours de la durée de vie du moteur à combustion interne (22). 7 ) Moteur à combustion interne (22), notamment à injection directe, comprenant une installation de saisie de couple (25) pour saisir le couple réel (Mréel) du moteur (22) et des moyens d'application pour régler le couple fourni par le mo- teur (22) en fonction du couple réel saisi (M réel), du cou- ple de consigne (M_cons) ou d'autres paramètres de fonc- tionnement du moteur à combustion interne (22), caractérisé en ce que le moteur (22) comporte une installation (24) pour saisir l'état de fonctionnement (13), l'installation de saisie de couple (25) se compose d'au moins un capteur de pression (26) installé dans au moins une cham- bre de combustion du moteur à combustion interne (22), le moteur (22) comporte une commande adaptative de déroule- ment qui, pour un certain état de fonctionnement constant (13) du moteur (22), dans le cadre d'au moins une boucle adaptative, optimise l'angle d'allumage (ZW) et le début de l'injection (ESB) vis-à-vis d'un couple aussi élevé que pos- sible que pourra fournir le moteur (22), et les moyens d'application pour le réglage du couple se règlent ultérieurement sur l'angle d'allumage optimisé (ZW) et sur le début d'injection optimisé (ESB). 8 ) Moteur à combustion interne (22) selon la revendica- tion 7, caractérisé en ce que la commande de déroulement d'adaptation (23) optimise l'angle d'allumage (ZW) et le début d'injection (ESB) dans l'état de fonctionnement (13) correspondant à un fonctionnement sta- tionnaire du moteur à combustion interne (22). 9 ) Moteur à combustion interne (22) selon les revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la commande de déroulement d'adaptation (23) optimise l'angle d'allumage (ZW) et le début d'injection (ESB) chaque fois dans le cadre d'une boucle d'adaptation en prenant comme pa- ramètres de fonctionnement constants, la masse de carburant (m), la pression de carburant (p_Rail), le coefficient lambda du rapport carburant/air, la position d'un volet de charge et/ou du coefficient de réinjection de gaz d'échappement (AGR).