Brevet FR2827338A1 — publié le 20030117

La présente invention concerne un procédé de commande et/ou de régulation du processus de combustion d'un moteur à combustion interne, comportant au moins un cylindre, qu'on fait fonctionner, au moins de temps à autre, avec un autoallumage de mélange homogène ou allumage par compression de charge homogène, au moins un signal de mesure, qui est obtenu à partir dudit cylindre, étant analysé pour la commande et/ou la régulation du processus de combustion. L'invention concerne en outre un moteur à combustion interne qui est agencé pour qu'on le fasse fonctionner au moins de temps à autre avec un autoallumage de mélange homogène ou allumage par compression de charge homogène, le moteur à combustion interne comprenant un dispositif de commande et/ou de régulation qui, pour la commande et/ou la régulation du processus de combustion, analyse au moins un signal de mesure qui est obtenu à partir d'au moins un cylindre du moteur à combustion interne. L'auto-allumage de mélange homogène ou allumage par compression de charge homogène (en anglais : Homogen Charge Compression Ignition = HCCI) est un processus de combustion qui est également appelé auto-allumage commandé (en anglais : Controlled Auto-Ignition = CAI), combustion thermo-atmosphère active (en anglais : Active Thermo Atmosphere Combustion ou ATAC) ou TS (Toyota Soken). Dans un tel processus de combustion, qui peut par exemple être provoqué dans le cas de moteurs à allumage commandé, la combustion n'est pas lancée au moyen d'un dispositif d'allumage, par exemple sous forme d'une bougie d'allumage, mais par le fait que le mélange air/essence s'allume de lui-même. Le processus de combustion HCCI peut par exemple être provoqué au moyen d'une proportion élevée de gaz résiduels chauds et/ou au moyen d'une compression élevée et/ou au moyen d'une température d'air d'admission élevée. En comparaison de moteurs à allumage commandé que l'on fait fonctionner avec un mélange stoechiométrique, le processus de combustion HCCI a l'avantage que les émissions de NOx peuvent être nettement abaissées et qu'on obtient une consommation de carburant réduite de par exemple 20 %. La commande et/ou la régulation du processus de combustion HCCI est difficile, étant donné que ce processus de combustion HCCI ne s'établit que dans des conditions limites déterminées et est par ailleurs lié à des vitesses de combustion élevées, d'une manière analogue au cas d'une combustion détonante. Pour éviter un endommagement mécanique du moteur à combustion interne, il est nécessaire de limiter la vitesse de combustion à des valeurs limite appropriées. Afin de pouvoir aujourd'hui utiliser davantage des modèles de couple employés en liaison avec la commande de moteur, il est dans de nombreux cas nécessaire de détecter d'une manière précise l'instant de l'inflammation du mélange. Pour assurer l'inflammation de mélange, il est en outre avantageux, dans le cas d'un auto-allumage de mélange homogène n'ayant pas lieu d'une manière normale, de lancer un allumage de secours du mélange, par exemple au moyen d'une bougie d'allumage. Par l'article SAE 2001-01-1031 : Commande en boucle fermée d'un moteur HCCI, J. O. Olsonn et autre, il est déjà connu, pour l'analyse du processus de combustion HCCI, d'analyser des signaux de mesure qui sont obtenus au moyen de capteurs de pression de cylindre qui sont associés spécialement à cet effet aux cylindres d'un moteur à combustion interne. Toutefois, de tels capteurs de pression de cylindre entraînent des coûts élevés. La présente invention a pour but de perfectionner le procédé et les moteurs à combustion, des types génériques considérés, d'une manière telle que les coûts puissent être abaissés en comparaison de l'état de la technique. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce qu'au moins un signal de mesure est un signal de courant ionique. Un signal de courant ionique contient en particulier une information sans équivoque concernant l'instant de l'inflammation de mélange et concernant le fait lui-même que l'inflammation de mélange a lieu. Par ailleurs, un signal de courant ionique peut s'obtenir d'une manière économique. Suivant une forme préférée de réalisation du procédé conforme à l'invention, il est prévu que le signal de courant ionique est obtenu au moyen de l'application d'une tension sur les électrodes d'allumage d'un dispositif d'allumage. Les électrodes d'allumage peuvent notamment être les électrodes d'une bougie d'allumage qui est de tout façon associé au cylindre, afin de pouvoir éventuellement déclencher un allumage de secours du mélange pour le cas où un auto-allumage de mélange homogène souhaité ne se présente pas. Bien entendu, le dispositif d'allumage est également nécessaire pour le fonctionnement du moteur en dehors du régime HCCI. Grâce à l'application d'une tension, à savoir une tension de mesure, sur l'électrode d'allumage, il est possible de renoncer à un dispositif capteur de pression de cylindre supplémentaire, ce qui permet un abaissement sensible des coûts. Dans le procédé conforme à l'invention, de préférence, au moyen de l'analyse du signal de courant ionique, une inflammation de mélange est détectée. A cet égard, la détection d'un auto-allumage de mélange homogène est particulièrement avantageuse afin que, lorsque celui-ci ne se présente pas, l'allumage de secours indiqué du mélange puisse être lancé. A cet égard, le procédé conforme à l'invention prévoit de préférence en outre qu'au moyen de l'analyse du signal de courant ionique, l'instant d'une inflammation de mélange est détectée. Dans la mesure où l'instant d'un auto-allumage de mélange homogène est connu, par exemple par rapport à la position de l'arbre à cames et/ou la position du vilebrequin, des dispositions peuvent par exemple être prises pour rendre optimal le processus de combustion. Dans le procédé conforme à l'invention, il est en outre de préférence prévu qu'un allumage de secours du mélange est déclenché lorsqu'aucun auto-allumage de mélange homogène n'a encore été détecté à un instant préalablement déterminé rapporté à un cycle de combustion. Un tel allumage de secours est de préférence provoqué au moyen des mêmes électrodes d'allumage sur lesquelles a été également appliqué la tension de mesure servant à obtenir le signal de courant ionique, notamment au moyen des électrodes d'une bougie d'allumage. Du point de vue du procédé conforme à l'invention, il peut en outre être prévu que l'analyse du signal de courant ionique permet d'établir une affirmation concernant des paramètres de combustion du processus de combustion. Comme paramètres de combustion de ce type, on peut par exemple citer la vitesse de combustion et des paramètres analogues. D'une manière avantageuse, la commande et/ou la régulation comprend le décalage de l'instant d'inflammation. Pour rendre optimal le processus de combustion HCCI, le procédé conforme à l'invention peut en outre prévoir que la commande et/ou la régulation comprend la variation d'un taux de recyclage de gaz d'échappement. De ce point de vue, le procédé conforme à l'invention peut en outre prévoir que la commande et/ou la régulation comprend la variation d'une relation de phase d'au moins un arbre à cames. Une forme particulièrement préférée de réalisation du procédé conforme à l'invention prévoit de ce point de vue qu'un circuit de régulation fermé est formé par la détection du signal de courant ionique, la détermination de l'instant d'inflammation et la variation de la relation de phase d'au moins un arbre à cames. Un tel circuit de régulation fermé peut donner l'assurance que les conditions limite nécessaires pour un processus de combustion HCCI sont maintenues. Par ailleurs, un tel circuit de régulation fermé peut rendre optimal le processus de combustion HCCI. L'invention a également pour objet tout dispositif de mise en oeuvre du procédé tel que précédemment exposé. L'invention a encore pour objet un moteur à combustion interne, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce que le ou chaque signal de mesure est un signal de courant ionique. On obtient ainsi d'une manière correspondante les avantages exposés en liaison avec le procédé conforme à l'invention et on se reportera aux indications correspondantes pour éviter des répétitions. Il en est de même concernant les formes préférées de réalisation du moteur à combustion interne conforme à l'invention qui suivent, et, également concernant les avantages pouvant être obtenus au moyen de ces formes de réalisation, on se reportera aux indications correspondantes fournies en liaison avec le procédé conforme à l'invention. Dans des formes préférées de réalisation du moteur à combustion interne conforme à l'invention, il est prévu qu'il comprend un dispositif d'allumage comportant des électrodes d'allumage sur lesquelles une tension est appliquée pour obtenir le signal de courant ionique. Il peut en outre être prévu, dans le moteur à combustion interne conforme à l'invention, que le dispositif de commande et/de régulation détecte une inflammation de mélange au moyen de l'analyse du signal de courant ionique. En outre, de ce point de vue, il peut être prévu que le dispositif de commande et/ou de régulation détecte l'instant d'une inflammation de mélange au moyen de l'analyse du signal de courant ionique. Il est également considéré comme avantageux, dans le moteur à combustion interne conforme à l'invention, que le dispositif de commande/ou de régulation déclenche un allumage de secours du mélange lorsqu'aucun autoallumage de mélange homogène n'a encore été détectée à un instant préalablement déterminé rapporté à un cycle de combustion. En supplément ou en variante, il peut être prévu que le dispositif de commande et/de régulation détermine des paramètres de combustion du processus de combustion au moyen de l'analyse du signal de courant ionique. Il est de préférence prévu, dans le moteur à combustion interne conforme à l'invention, que le dispositif de commande et/de régulation décale l'instant d'inflammation pour la commande et/ou la régulation du processus de combustion. A ce point de vue, il peut en outre être prévu que le dispositif de commande et/ou de régulation modifie un taux de recyclage de gaz d'échappement pour la commande et/la régulation du processus de combustion. Un développement préféré du moteur à combustion interne conforme à l'invention peut également prévoir que le dispositif de commande et/ou de régulation modifie la relation de phase d'au moins un arbre à cames pour la commande et/ou la régulation du processus de combustion. D'une manière analogue au procédé conforme à l'invention, une forme préférée de réalisation du moteur à combustion interne conforme à l'invention prévoit également que le dispositif de commande et/ou de régulation comprend un circuit de régulation fermé qui comporte la détection du signal de courant ionique, la détermination de l'instant d'inflammation et la modification de la relation de phase d'au moins un arbre à cames. L'invention a finalement également pour objet tout dispositif de commande et/ou de régulation pour un moteur à combustion interne tel que défini ci-dessus. Des exemples de réalisation de l'invention sont exposés ci-après en détail en regard des dessins annexés. On voit : à la figure 1, un ordinogramme qui représente une forme de réalisation du procédé conforme à l'invention et, à la figure 2, un schéma-blocs d'une forme de réalisation du moteur à combustion interne conforme à l'invention. La forme de réalisation du procédé conforme à l'invention qui est représentée à la figure 1 commence au pas S1. Au pas S2, une tension de mesure est appliquée sur les électrodes d'allumage qui sont pourvues des repères 28,30, 32 et 34 à la figure 2. Les électrodes d'allumage sont avantageusement formées par les électrodes de bougie d'allumage qui sont de toute façon prévues. Au pas S3, au moins un signal de courant ionique est détecté, quatre signaux ionique 20,22, 24,26 étant indiquées à la figure 2. Au pas S4, l'analyse du ou de chaque signal de courant ionique a lieu, ainsi que la production de signaux de réglage qui influent notamment sur le processus d'inflammation de la manière souhaitée. Conformément à la représentation de la figure 1, un signal de réglage est déterminé pour la relation de phase d'arbre à cames. Le signal de courant ionique contient des informations sans équivoque concernant l'instant de l'inflammation et concernant le fait lui-même que l'inflammation a lieu. Concernant l'instant de l'inflammation, les paramètres qui influent sur le processus d'inflammation, par exemple le débit de recyclage de gaz d'échappement, peuvent être réglés d'une manière telle que l'inflammation a lieu à l'instant souhaité. Des fonctions existant de préférence dans la commande de moteur classique sont en outre remplies. Par exemple, la régulation de couple rapide concernant l'instant d'allumage est en outre de préférence possible même lors du processus de combustion HCCI. Ceci signifie que le point d'inflammation doit être constaté et faire l'objet d'une régulation au moyen du courant ionique. Au pas S5, il est vérifié si un auto-allumage de mélange homogène a ou non eu lieu dans une fenêtre de temps préfixée. Si une telle inflammation n'a pas lieu dans la fenêtre de temps préfixée, le programme suit la branche menant au pas S6. Dans le cas contraire, il retourne au par S2. Le pas S6 sert à lancer un allumage de secours encore dans le même cycle, afin d'obtenir l'inflammation du mélange. A cet effet, une tension d'allumage est appliquée aux électrodes d'allumage. Pour le permettre, le dispositif d'allumage est de préférence apte à l'allumage à chaque instant, du fait que par exemple une ou plusieurs bobines d'allumage sont chargées d'une manière appropriée. Une fois que le mélange a fait l'objet d'un allumage de secours au pas S6, le programme retourne au pas S2. La figure 2 représente un schéma-blocs d'une forme de réalisation du moteur à combustion interne conforme à l'invention. Le moteur à combustion interne 10, qui n'est représenté que schématiquement à la figure 2, comporte quatre cylindres 12,14, 16, 18. Il peut par exemple s'agir d'un moteur à allumage commandé à quatre temps présentant une relation de phase de l'arbre à cames d'admission et de l'arbre à cames d'échappement qui est variable, réglable d'une manière continue, et un réglage de course à deux positions des soupapes d'admission et d'échappement (il n'est représenté qu'un seul arbre à cames 40 à la figure 2). Une bougie d'allumage respective 28,30, 32,34, qui comporte des électrodes d'allumage correspondantes, est associée à chacun des cylindres 12,14, 16,18. Une tension de mesure est appliquée par une commande de moteur 36 à ces électrodes d'allumage, afin d'obtenir à partir des cylindres des signaux de courant ionique 20,22, 24,26. Dans des zones de table caractéristique déterminées, la teneur en gaz résiduel interne peut être réglée d'une manière telle qu'on obtient un processus de combustion HCCI. Le régime HCCI est alors constaté au moyen des signaux de courant ionique respectifs 20,22, 24,26. La régulation de l'instant d'inflammation a lieu au moyen de la commande de moteur 36 par l'intermédiaire des relations de phase des arbres à cames d'admission et d'échappement et donc par l'intermédiaire de la teneur en gaz résiduels. A cet effet, il est prévu un ou plusieurs organes de réglage 38 qui sont commandés d'une manière appropriée par la commande de moteur 36. Ainsi, dans le cas du moteur à combustion interne 10 représenté à la figure 2, le circuit de régulation fermé suivant peut être réalisé : 1. Mesure du signal de courant ionique 20,22, 24, 26.2 : Détermination de l'instant d'inflammation. 3. Modification de la ou des relations de phase d'arbre à cames. Les particularités de l'invention divulguées dans la description qui précède, aux dessins et dans les revendications peuvent être importantes aussi bien d'une manière individuelle qu'en toute combinaison pour la mise en oeuvre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande et/ou de régulation du processus de combustion d'un moteur à combustion interne (10), comportant au moins un cylindre (12,14, 16, 18), qu'on fait fonctionner, au moins de temps à autre, avec un auto-allumage de mélange homogène ou allumage par compression de charge homogène, au moins un signal de mesure (20,22, 24,26), qui est obtenu à partir dudit cylindre (12,14, 16, 18), étant analysé pour la commande et/ou la régulation du processus de combustion, caractérisé en ce qu'au moins un signal de mesure (20,22, 24,26) est un signal de courant ionique (20,22, 24,26). 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de courant ionique (20 22,24, 26) est obtenu au moyen de l'application d'une tension sur les électrodes d'allumage d'un dispositif d'allumage. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au moyen de l'analyse du signal de courant ionique (20,22, 24,26), une inflammation de mélange est détectée. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moyen de l'analyse du signal de courant ionique (20,22, 24,26), l'instant d'une inflammation de mélange est détectée. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un allumage de secours du mélange est déclenché lorsqu'aucun autoallumage de mélange homogène n'a encore été détecté à un instant préalablement déterminé rapporté à un cycle de combustion. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'analyse du signal de courant ionique (20,22, 24,26) permet d'établir une affirmation concernant des paramètres de combustion du processus de combustion. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la commande et/ou la régulation comprend le décalage de l'instant d'inflammation. 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la commande et/ou la régulation comprend la variation d'un taux de recyclage de gaz d'échappement. 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la commande et/ou la régulation comprend la variation d'une relation de phase d'au moins un arbre à cames (40). 10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'un circuit de régulation fermé est formé par la détection du signal de courant ionique (20,22, 24,26), la détermination de l'instant d'inflammation et la variation de la relation de phase d'au moins un arbre à cames (40). 11. Dispositif de mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10 12. Moteur à combustion interne (10) qui est agencé pour qu'on le fasse fonctionner au moins de temps à autre avec un auto-allumage de mélange homogène ou allumage par compression de charge homogène, le moteur à combustion interne (10) comprenant un dispositif de commande et/ou de régulation (36) qui, pour la commande et/ou la régulation du processus de combustion, analyse au moins un signal de mesure (20,22, 24,26) qui est obtenu à partir d'au moins un cylindre (12, 14,16, 18) du moteur à combustion interne (10), caractérisé en ce que le ou chaque signal de mesure (20,22, 24,26) est un signal de courant ionique (20,22, 24,26). 13. Moteur à combustion interne (10) suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'allumage comportant des électrodes d'allumage sur lesquelles une tension est appliquée pour obtenir le signal de courant ionique (20, 22,24, 26). 14. Moteur à combustion interne (10) suivant l'une quelconque des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que le dispositif de commande et/de régulation (36) détecte une inflammation de mélange au moyen de l'analyse du signal de courant ionique (20,22, 24,26). 15. Moteur à combustion interne (10) suivant l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que le dispositif de commande et/ou de régulation (36) détecte l'instant d'une inflammation de mélange au moyen de l'analyse du signal de courant ionique (20,22, 24,26). 16. Moteur à combustion interne (10) suivant l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que le dispositif de commande/ou de régulation (36) déclenche un allumage de secours du mélange lorsqu'aucun autoallumage de mélange homogène n'a encore été détecté à un instant préalablement déterminé rapporté à un cycle de combustion. 17. Moteur à combustion interne (10) suivant l'une quelconque des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que le dispositif de commande et/de régulation (36) détermine des paramètres de combustion du processus de combustion au moyen de l'analyse du signal de courant ionique (20,22, 24,26). 18. Moteur à combustion interne (10) suivant l'une quelconque des revendications 12 à 17, caractérisé en ce que le dispositif de commande et/de régulation (36) décale l'instant d'inflammation pour la commande et/ou la régulation du processus de combustion. 19. Moteur à combustion interne (10) suivant l'une quelconque des revendications 12 à 18, caractérisé en ce que le dispositif de commande et/ou de régulation (36) modifie un taux de recyclage de gaz d'échappement pour la commande et/la régulation du processus de combustion. 20. Moteur à combustion interne (10) suivant l'une quelconque des revendications 12 à 19, caractérisé en ce que le dispositif de commande et/ou de régulation (36) modifie la relation de phase d'au moins un arbre à cames (40) pour la commande et/ou la régulation du processus de combustion. 21. Moteur à combustion interne (10) suivant l'une quelconque des revendications 12 à 20, caractérisé en ce que le dispositif de commande et/ou de régulation comprend un circuit de régulation fermé qui comporte la détection du signal de courant ionique (20,22, 24,26), la détermination de l'instant d'inflammation et la modification de la relation de phase d'au moins un arbre à cames (40). 22. Dispositif de commande et/ou de régulation (36) pour un moteur à combustion interne (10) suivant l'une quelconque des revendications 12 à 21.