Brevet FR2812912A1 — publié le 20020215

Etat de la technique La présente invention concerne un procédé et un dispositif de mise en oeuvre d'un moteur thermique fonctionnant selon au moins deux modes de fonctionnement, selon lequel on sélectionne un mode de fonctionnement et ce mode de fonctionnement ne sera autorisé que si le couple demandé au moteur thermique peut être réalisé en respectant les limites du rapport air/carburant pour ce mode de fonctionnement, on détermine le couple maximum possible à la limite du rapport air/carburant pour ce mode de fonctionnement et on remet à l'état initial un signal de libération du mode de fonctionnement si le couple demandé ne peut se réaliser en respectant les limites. Les moteurs thermiques à injection directe d'essence fonctionnent selon au moins deux modes de fonctionnement entre lesquels on commute suivant au moins un signal de libération. Ces modes de fonctionnement sont notamment le mode homogène et le mode stratifié. Une telle procédure est par exemple décrite dans le document DE- A 198 50 584. Ce mode de fonctionnement est sélectionné selon l'indication fournie par un champ de caractéristiques de fonctionnement suivant l'état de fonctionnement du moteur thermique. De plus, le signal de libération du mode de fonctionnement en cours est entre autres remis à zéro (et on commute dans l'autre mode de fonctionnement) si ce mode de fonctionnement ne peut fournir le couple demandé en respectant des limites prédéterminées pour le rapport air/carburant (valeur limite du coefficient Lambda). C'est ainsi que par exemple dans un tel cas, si l'on est en mode stratifié, le signal de libération du mode stratifié sera remis à zéro et on commutera par exemple sur le mode homogène. La réalisation de cette libération se fait par une comparaison des couples. On prédétermine une valeur limite du coefficient Lambda valable pour ce mode de fonctionnement (pour le mode stratifié, il s'agit d'une valeur minimale) à partir de laquelle on déduit un rendement Lambda minimum ou maximum. Dans tous les cas, pour la charge d'air (charge de consigne) à régler pour ce mode de fonctionnement, on déduit un couple optimum à partir d'un champ de caractéristiques dépendant de la vitesse de rotation (régime) et qu'il est spécifique au mode de fonctionnement. Ce champ de caractéristiques est chargé de données pour certaines conditions normalisées également concernant le rapport air/carburant, de sorte que le rendement Lambda évoqué ci-dessus représente la déviation du couple par rapport à une valeur normalisée pour une certaine déviation du coefficient Lambda. En combinant le rendement Lambda au couple optimum, on forme un couple minimum ou maximum possible pour ce mode de fonctionnement. Le couple maximum possible représente également le couple que l'on obtient pour la charge de consigne souhaitée, et (en tenant compte de la limite Lambda), l'alimentation maximale possible, stationnaire, en carburant. On compare ce couple maximum possible et le couple de consigne demandé. Si le couple de consigne demandé est inférieur au couple maximum possible, le mode de fonctionnement reste libéré, car le couple demandé pour le présent mode de fonctionnement peut s'obtenir à l'intérieur des limites Lambda prédéterminées. La libération du mode de fonctionnement comme cela a été décrit ci-dessus se fait sur la base du remplissage de consigne souhaité. Mais il existe des modes de fonctionnement dans lesquels le couple du moteur thermique est fixé principalement par la solution carburant. La procédure présentée pour libérer le mode de fonctionnement suppose ainsi que le couple réalisable par la solution carburant correspond au couple souhaité par la solution air. Mais si de manière stationnaire, le couple correspondant à la solution du carburant diffère de celui de la solution air, cela se traduit par un dépassement durable des limites de fonctionnement stationnaires. Cela peut par exemple être le cas si pendant une longue période, on a une augmentation de la demande de couple selon la solution carburant par la régulation de ralenti. Cela se traduit par un fort enrichissement du fait de l'augmentation de l'alimentation en carburant et produit le dépassement stationnaire de la limite Lambda. Cet état peut certes être toléré brièvement, en mode dynamique mais non pas sur une période prolongée, car la conséquence du dépassement de cette limite (également appelée limite de combustion) peut aboutir à la formation de suie et/ou de ratés de combustion. Le document DE-A 197 28 112 décrit un système de commande d'un moteur thermique avec injection directe d'essence sur la base du couple. Pour cela, on règle le couple en mode homogène étranglé comme cela est connu dans les systèmes de commande usuels, sur la base de la demande de couple en utilisant la solution air et l'indication du rapport air/carburant prédéterminé (en général ce rapport est stoechiométrique) pour obtenir la quantité de carburant à injecter. En présence de conditions correspondant au mode stratifié, on commute le mode de fonctionnement, c'est-à-dire que l'on libère le mode de fonctionnement stratifié. Dans ce mode de fonctionnement, on fixe la demande de couple par la solution carburant, le volet d'étranglement (papillon) étant essentiellement ouvert. Avantages de l'invention En tenant compte de la demande de couple, en utilisant la solution carburant pour déterminer le signal de libération d'un mode de fonctionnement notamment du mode stratifié ou d'un autre mode de fonctionnement dans lequel le moteur doit fonctionner sans être étranglé, on évite efficacement un dépassement prolongé, durable de la limite de fonctionnement stationnaire et ainsi une éventuelle formation de suie ou des ratés de combustion. Il est particulièrement avantageux de réaliser le contrôle du couple effectivement demandé pour vérifier s'il peut être obtenu dans le mode de fonctionnement souhaité, seulement en cas de dépassement des limites de fonctionnement stationnaires. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide de modes de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma par blocs, d'ensemble d'une installation de commande d'un moteur thermique à injection directe d'essence, - la figure 2 représente un schéma de déroulement pour la formation d'un bit de libération pour un mode de fonctionnement par exemple le mode stratifié. Description des exemples de réalisation La figure 1 montre une unité de commande 10 comprenant comme éléments au moins un circuit d'entrée 12, au moins un micro- ordinateur 14, un circuit de sortie 16 et un système de communication 18 réunissant ces éléments. Le circuit d'entrée 12 reçoit les lignes d'entrée par lesquelles arrivent les signaux des installations de mesure correspondantes représentant les paramètres de fonctionnement ou dont on déduit ces paramètres de fonctionnement. Il s'agit par exemple d'une ligne d'entrée 20 reliant l'unité de commande à une installation de mesure 22 qui détermine une grandeur représentant le degré d'actionnement [ de la pédale d'accélérateur, une ligne d'entrée 24 qui vient d'une installation de mesure 26 et fournissant une grandeur représentant la vitesse de rotation du moteur (régime) Nmot, une ligne d'entrée 28 par laquelle l'unité de commande 10 est reliée à une installation de mesure 30 fournissant un signal représentant la masse d'air d'alimentation HFM. On a en outre des lignes d'entrée 36-40 qui fournissent d'autres signaux des installations de mesure 42-46 représentant des grandeurs de fonctionnement. Par exemple, de telles grandeurs de fonctionnement s utilisées pour la commande du moteur thermique, on a des grandeurs de température, la position du volet d'étranglement (papillon), la composition des gaz d'échappement etc. Pour commander le moteur thermique, selon l'exemple de réalisation de la figure 1, le circuit de sortie 16 est relié à des lignes de sortie 48-52 pour commander les injecteurs 54 ainsi qu'une ligne de sortie 56 pour commander un volet d'étranglement 58 réglable par un moteur électrique. De plus (cela n'est pas représenté pour des raisons de simplification du dessin), on commande l'angle d'allumage. Pour commander le moteur thermique, on forme une demande de couple en combinant différentes demandes de couple internes et/ou externes pour former une demande de couple résultante pour le moteur thermique. Des exemples de telles demandes sont les demandes du conducteur, les demandes de systèmes externes telles que la régulation anti-patinage etc. La conversion de la demande de couple se fait différemment suivant le mode de fonctionnement choisi pour le moteur thermique. En mode homogène, on répartit le couple de consigne résultant entre la solution de remplissage qui réagit lentement et la solution synchrone au vilebrequin, agissant rapidement; la solution de remplissage est la solution principale et règle le couple stationnaire. A partir du couple, on calcule un remplissage de consigne réglé par le réglage du volet d'étranglement. Dans la solution synchrone au vilebrequin, en influençant l'instant d'allumage et /ou le dosage du carburant, on règle de manière dynamique le couple souhaité. De même, dans le mode stratifié, on répartit le couple de consigne résultant entre la solution de remplissage, réagissant lentement et la solution synchrone au vilebrequin réagissant rapidement. Dans ce cas, la solution synchrone au vilebrequin est la solution principale. Comme pour des raisons de perte, il faut ouvrir aussi grand que possible le volet d'étranglement, on effectue le remplissage de consigne en mode stratifié et ainsi le réglage du volet d'étranglement non suivant l'indication du couple de consigne, mais suivant l'indication de la dépression au moins nécessaire dans la tubulure d'aspiration. On transforme alors le couple en déterminant la masse de carburant à injecter. La même remarque s'applique aux autres modes de fonctionnement avec un mode étranglé correspondant par exemple le mode homogène maigre. Les signaux de sortie de fonction supplémentaires comme par exemple une régulation de ralenti sont combinés au moins en mode non étranglé au couple de consigne pour la solution rapide (solution carburant) et peuvent ainsi modifier de manière stationnaire le couple de consigne notamment l'augmenter. La sélection du mode de fonctionnement actuel se fait à l'aide d'un champ de caractéristiques de mode de fonctionnement; selon le régime et la charge ou le couple, on sélectionne le mode de fonctionnement actuel. Cette sélection est imposée dans certaines circonstances de priorités élevées. Une telle circonstance est celle du couple demandé dans le mode de fonctionnement sélectionné qui ne peut se régler dans le cadre des limites Lambda. Si cela est le cas, la libération du mode de fonctionnement actuel est remise à zéro, c'est-à- dire que ce mode de fonctionnement est interdit et on commute sur un autre mode de fonctionnement. Dans ce contexte, on forme un signal de libération qui prend une valeur libérant le mode de fonctionnement respectif si le couple demandé est réglable dans ce mode de fonctionnement en respectant les limites Lambda. La formation de ce signal et ainsi la libération ou l'interdiction d'un mode de fonctionnement seront décrites ci-après à l'aide du diagramme représenté à la figure 2. Le diagramme de déroulement représenté à la figure 2 esquisse un programme exécuté dans l'unité de calcul de l'unité de commande 10. Les éléments utilisés et les symboles représentent alors des étapes de programme ou des parties de programme alors que les lignes de liaison représentent la transmission des informations. Le programme représenté à la figure 2 montre la formation d'un signal de libération B_schen pour le mode stratifié d'un moteur thermique à injection directe d'essence. Pour les autres modes de fonctionnement, on a des programmes appropriés et la formation de signaux de libération correspondants, en adaptant les valeurs limites respectives et les signaux. La formation du signal de libération B_schen est faite dans un comparateur 100 qui compare le couple maximum possible MIMAXSCH en respectant les limites Lambda dans le mode de fonctionnement actuel et le couple demandé MIENSCH (couple de consigne). Le couple maximum MIMAXSCH à la base de la comparaison de couple 100 est formé à partir d'un couple optimum pour le mode stratifié MIOPTSCH et le rendement Lambda ETALAMSCH pour la valeur Lambda minimale possible au point de combinaison 124 (point de multiplication). Le rendement Lambda est formé à partir du champ de caractéristiques de rendement 126 avec indication de la valeur Lambda minimale possible LAMBDAMINSCH; le couple optimum est obtenu à partir d'un champ de caractéristiques 128 suivant le régime moteur NMOT et le remplissage de consigne (charge de consigne) RLSOLL. Dans d'autres modes de fonctionnement, on utilise d'autres champs de caractéristiques, courbes caractéristiques et grandeurs. Le couple demandé MIENSCH à la base de la comparaison de couples représente en général (voir la position représentée en traits pleins de l'élément de commutation 102), le couple stationnaire MISOLLLUFT, souhaité par la solution air. Comme indiqué ci-dessus dans une application, on a constaté que cette procédure aboutissait dans certaines circonstances défavorables à un dépassement prolongé de la limite de combustion, stationnaire et ainsi à la formation de suie ou encore à des ratés de combustion. Pour éviter cette situation, on commute dans certaines circonstances l'élément de commutation 102 dans la position représentée en traits interrompus pour que le signal de demande de couple MIENSCH à la base de la comparaison 100, soit formé à partir du signal de demande de la solution carburant MISOLLKR. Dans certaines situations de fonctionnement, ce couple peut être différent de celui demandé par la solution air, car des fonctions supplémentaires comme par exemple la régulation de ralenti sont combinées au signal de demande de couple correspondant à la solution carburant, par exemple par voie additive et augmentent ainsi ce couple. L'élément de commutation 102 est commuté lorsqu'on détecte un dépassement prolongé de la limite Lambda stationnaire pour une demande de couple élevée. Pour cela, dans un comparateur 104, on compare la valeur Lambda minimale possible en mode stratifié LAMBDAMINSCH à la limite Lambda de consigne LAMBDASCH pour la valeur Lambda de consigne limitée dans la plage dynamique possible suivant la structure du couple, en mode stratifié. Si cette dernière dépasse une valeur minimale, le comparateur 104 génère un signal appliqué à la combinaison ET 106. De façon correspondante, dans un comparateur 108, on compare le couple demandé pour la solution carburant MISOLLKR au couple demandé MISOLLLUFT pour la solution air. Si le couple demandé MISOLLKR pour la solution carburant est supérieur à celui de la solution air MISOLLLUFT, le comparateur 108 génère également un signal appliqué au point de combinaison ET 106. Si les deux conditions existent, la combinaison ET 106 donne un signal de sortie appliqué à une autre combinaison ET 110. La présence d'un signal de sortie de la combinaison ET 106 signifie un dépassement vers le bas de la limite Lambda stationnaire pour une demande de couple élevée pour la solution carburant, c'est-à-dire une demande de couple par la solution carburant située au-dessus du couple que l'on souhaite réaliser par la solution air. La combinaison ET 110 combine le signal de sortie de la combinaison ET 106 au signal d'état B_sch indiquant si le mode de fonctionnement actuel est ou non le mode stratifié. S'il s'agit du mode stratifié, ce signal est positif, si bien qu'en présence d'un signal de sortie de la combinaison ET 106, on aura également un signal de sortie à la combinaison ET 110. Ce signal met la fonction flip-flop (bascule bistable) 112 à l'état. Pour commuter le signal à la base de la comparaison de couple seulement si le dépassement sous la limite Lambda se prolonge longtemps avec une demande de couple élevée, il est en outre prévu un élément de temporisation 114 qui retarde le signal de sortie de la fonction flip-flop 112. Le signal de sortie de l'étage de temporisation 114 commute alors le cas échéant l'élément de commutation 102 dans la position représentée en traits interrompus. La remise à l'état initial de la fonction flip-flop 112 et ainsi celle de l'élément de commutation 102 se produisent dans différentes conditions; cela se produit d'une part si l'on n'est pas passé sous la limite Lambda ou si la demande de couple stationnaire le cas échéant avec une valeur d'hystérésis par la solution carburant est inférieure au couple à réaliser par la solution air ou si dans le mode de fonctionnement actuel, la comparaison de couple est de nouveau satisfaite, c'est-à-dire que le signal B_schen est mis à l'état si en même temps le signal de commutation de l'élément de commutation 102 est mis à l'état. Ces conditions sont représentées à la figure 2 en ce que le signal de sortie de la combinaison ET 106 est inversé dans l'inverseur 116 pour être appliqué à une combinaison OU 118. Son signal de sortie remet à l'état initial la fonction flip-flop 112. L'autre entrée de la combinaison OU 118 forme le signal de sortie de la combinaison ET 120; dans celle-ci, on combine les informations concernant une variation du signal de libération B_schen à l'aide de la détection de flanc 122 et de l'état du signal de sortie de l'étage de temporisation 114. Si le signal de commutation de l'élément de commutation 102 est mis à l'état et si en même temps on est en présence d'un flanc dans le signal de libération, la fonction flip-flop 112 sera remise à l'état initial. Grâce à la présentation ci-dessus, on détecte tout d'abord si l'on est en présence d'un dépassement vers le bas, durable de la limite Lambda stationnaire pour une demande de couple élevée selon la solution carburant. On a une demande de couple élevée si le couple à réaliser par la solution carburant est supérieur au souhait de couple à réaliser à long terme par la solution air. Le signal de demande de couple pour la solution carburant tient compte de fonctions qui aboutissent à une variation stationnaire comme par exemple une régulation de ralenti alors que les fonctions qui correspondent à seulement des interventions dynamiques comme par exemple une fonction anti-secousses, ne sont pas prises en compte. Ainsi si la limite Lambda stationnaire est dépassée vers le bas pour une demande de couple élevée par la solution carburant, après une durée prédéterminée, on commute le couple de consigne à la base de la comparaison de couples servant à la libération, pour faire passer ce couple de la valeur de couple souhaitée selon la solution air à la valeur à réaliser par la solution carburant. Pour éviter un basculement en va-et-vient de la comparaison de couples, on applique au couple à réaliser par la solution carburant, une valeur d'hystérésis MSOLLHYST au point de combinaison 130. Lorsque se produit un signal à la sortie de l'étage de temporisation 114, on commute l'élément de commutation 132 dans la position représentée en traits interrompus, de sorte que pour la suite de la comparaison dans 108, on utilise une valeur plus grande. On évite ainsi efficacement le basculement en va-et-vient du signal à la sortie de l'étage 114 et ainsi celui de la comparaison des couples. Dans la comparaison des couples, on compare le couple souhaité, stationnaire obtenu de la manière présentée au couple maximum théorique possible dans le mode de fonctionnement actuel. Si le premier couple est supérieur au couple maximum possible à la limite stationnaire, ce mode de fonctionnement sera interdit. Dans le cas contraire, le mode de fonctionnement sera autorisé. Ainsi il n'y a pas automatiquement interdiction du mode de fonctionnement actuel si les conditions mentionnées ci-dessus sont remplies mais seulement si le couple stationnaire résultant de la solution carburant est en dehors des limites de fonctionnement stationnaires. Si le signal de libération Bschen est mis, on effectue le mode de fonctionnement actuel sélectionné; au contraire, s'il y a une interdiction, il faut changer de mode de fonctionnement et passer dans l'autre mode de fonctionnement. La commutation du couple stationnaire souhaité se fait également dans ce nouveau mode de fonctionnement. Si la comparaison de couples n'est toujours pas satisfaite, le dernier mode de fonctionnement ne sera pas autorisé (dans le présent exemple de réalisation, il s'agit du mode stratifié). On évite ainsi une commutation immédiate vers l'ancien mode de fonctionnement et ainsi une nouvelle interdiction se traduisant par un basculement entre les modes de fonctionnement. En conclusion, au moins dans l'état de fonctionnement décrit ci-dessus, on utilise le couple de consigne qu'il faut effectivement régler dans cet état de fonctionnement pour influencer l'état du signal de libération. REVENDICATIONS 1 ) Procédé de mise en oeuvre d'un moteur thermique fonctionnant selon au moins deux modes de fonctionnement, selon lequel on sélectionne un mode de fonctionnement et ce mode de fonctionnement ne sera autorisé que si le couple demandé au moteur thermique peut être réalisé en respectant les limites du rapport air/carburant pour ce mode de fonctionnement, on détermine le couple maximum possible à la limite du rapport air/carburant pour ce mode de fonctionnement et on remet à l'état initial un signal de libération du mode de fonctionnement si le couple demandé ne peut se réaliser en respectant les limites, caractérisé en ce que le couple demandé est le couple de consigne qu'il faut effectivement régler. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couple demandé est réparti en un couple à régler par l'alimentation en air et un couple de consigne à régler par l'alimentation en carburant et/ou l'angle d'allumage. 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le couple à régler par l'alimentation en carburant et/ou l'angle d'allumage est combiné au couple de consigne de composant stationnaire. 4 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' en cas de dépassement vers le haut, permanent de la limite pour une demande de couple élevée, le couple de consigne à régler effectivement dans un mode de fonctionnement est le couple de consigne de la solution carburant avec un fonctionnement non étranglé du moteur thermique. ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' en dehors de cet état de fonctionnement, le couple de consigne est le couple de consigne à régler par la solution air. 6 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' à la remise à l'état initial du signal de libération, il y a commutation du mode de fonctionnement. 7 ) Dispositif de mise en oeuvre d'un moteur thermique fonctionnant selon au moins deux modes de fonctionnement, selon lequel on choisit un mode de fonctionnement et on autorise ce mode de fonctionnement si le couple demandé au moteur thermique peut être réalisé en respectant les limites du rapport air/carburant pour ce mode de fonctionnement, le couple maximum possible se déterminant à la limite du rapport air/carburant pour ce mode de fonctionnement pour être comparé au couple demandé et en cas de dépassement du couple maximum possible, on remet à l'état initial le signal de libération de ce mode de fonctionnement, caractérisé en ce que le couple demandé est le couple correspondant au couple de consigne qu'il faut effectivement régler.