Brevet FR2840015A1 — publié le 20031128

Procede de controle de la combustion diun moteur a combustion interne de type a allumage par compression et dispositif de commande pour la mise en aeuvre d'un tel procede La presente invention concerne un procede de contr81e de la combustion d'un moteur a combustion interne de type a allumage par compression. Wile concerne egalement un dispositif de commande du fonctionnement d'un moteur a combustion interne pour la mise en ccuvre d'un tel procede. 1 0 Plus particulierement, ['invention porte sur un pro cede de contr81e de la combustion d'un moteur a allumage par compression et sur un dispositif de commande correspondent permettant la reduction de la quantite de particules et d'oxydes d'azote emis dans les gaz d'echappement. Comme on le salt, les gaz d'echappement des moteurs a combustion interne, notamment des vehicules automobiles de type a allumage par compression, contiennent des especes chimiques nocives que lton traite couramment en dotant les lignes d'echappement de moyens de traitement, tels que des catalyseurs d'oxydation, des filtres a particules, des pieges a NOx, dont la fonction est essentiellement de transformer des especes chimiques emises par la combustion en substances non polluantes, ou de pieger ces especes chimiques. Des dispositions reglementaires tendent a imposer aux constructeurs de vehicules automobiles une reduction considerable des quantites de particules et d'oxyde d' azote emis dans les gaz d'echappement. Les moyens de traitement dont vent pourvues les lignes d'echappement ne peuvent, a eux seuls, permettre une telle reduction. Des lors, un des soucis des constructeurs de vehicules automobiles est de limiter la quantite de particules nocives et d'oxydes d'azote emis dans les gaz d'echappement. Dans les moteurs de type a allumage par compression, ceci est generalement obtenu en tentant d'homogeneiser la combustion. Ceci est realise, d'une part, en reduisant les zones riches et, d'autre part, en diluant le melange air-carburant, ce qui permet de reduire les temperatures maximales de la combustion et de limiter ainsi, notamment, les emissions d'oxyde d'azote. De maniere conventionnelle, cette homogeneisation est obtenue en usinant les pistons, de maniere a obtenir un taux de compression predetermine. Selon cette technique, les conditions de pression et de temperature au moment de ['injection du carburant, c'est-a-dire pendant la phase de compression, vent determinees par les pressions et temperatures d'admission d'air dans le moteur et par le taux de compression geometrique, loquel est lie a la forme de la chambre de compression. Pour une masse d' air introduite donnee, il n'existe aucun moyen pour faire varier la pression et la temperature regnant dans la chambre de combustion, ainsi que la masse de gaz brules residuals, lesquels influent grandement sur l'homogeneite de la combustion et sur son calage dans le cycle de fonctionnement du moteur. Le but de ['invention est de pallier cet inconvenient et de fournir un procede de contr81e de la combustion d'un moteur a combustion interne de type a allumage par compression, ainsi qu'un dispositif de commande de moteur correspondent, permettant de reduire efficacement la quantite de particules et d' oxydes d' azote emis dans les gaz d'echappement. Ainsi, ['invention propose un procede de contrGle de la combustion d'un moteur a combustion interne de type a allumage par compression, pour la reduction de la quantite de particules et d'oxydes d'azotes emis dans les gaz d'echappement, le moteur etant pourvu de cylindres qui delimitent interieurement une chambre de combustion et qui vent dotes d'un injecteur de carburant et de soupapes d' admission et d'echappement pilotees par un calculateur de commande selon des lois de levee des soupapes. Ce procede comprend une phase de contr81e de la pression et de la temperature regnant dans la chambre de combustion au cours d'une phase de compression et de contr81e de la masse de gaz brules residuals. Le contr81e de la pression et de la temperature regnant dans la chambre de combustion et le contr81e de la masse de gaz brules residuels vent realises par decalage de phases de fermeture des soupapes d'admission dans la loi de levee des soupapes d' admission. On decale en outre les phases de fermeture des soupapes d'echappement dans la loi de levee des soupapes d'echappement. On decale en outre les phases d'ouverture des soupapes d' admission dans les lois de levee des soupapes d'admission. Selon une autre caracteristique de ce procede, le decalage des phases de fermeture et/ou d'ouverture des soupapes d' admission et/ou des soupapes d'echappement est effectue en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. On detecte de preference ['instant de demarrage de la combustion et l'on decale les instants de fermeture des soupapes d' admission et/ou d'echappement de maniere a provoquer le demarrage de la combustion a un instant predetermine. Selon une autre caracteristique, ['instant de demarrage de la combustion est determine en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Selon un mode de mise en ceuvre particulier, on met en ceuvre un contr81e de la combustion du moteur en fonction des conditions de fonctionnement du moteur et un contr81e de ['injection du carburant pour chaque cycle de fonctionnement du moteur. L'invention propose egalement un dispositif de commande du fonctionnement d'un moteur a combustion interne de type a allumage par compression, pour la mise en aeuvre d'un procede tel que defini ci dessus, le moteur etant pourvu de cylindres delimitant chacun une chambre de combustion et dotes chacun d'un injecteur de carburant et de soupapes d' admission et de soupapes d'echappement. Ce dispositif comprenant un calculateur de commande comportant, stockees en memoire, des lois de levee des soupapes pour provoquer leur ouverture et leur fermeture en fonction desdites lois de levee. I1 comporte en outre des moyens de contr81e de la temperature et de la pression regnant dans la chambre de combustion et de contr81e de la masse de gaz brules residuels par decalage de phases de fermeture et/ou d'ouverture des soupapes dans au moins une desdites lois de levee. Selon une autre caracteristique de ce dispositif, le calculateur comporte une cartographic dans laquelle vent stockees des valeurs de consigne de position des soupapes en fonction de parametres de fonctionnement du moteur. De preference, il comporte en outre des moyens de detection du demarrage de la combustion dans la chambre de combustion et une cartographic dans laquelle vent stockes des instants de demarrage de combustion en fonction de conditions de fonctionnement du moteur, les moyens de contr81e provoquant un decalage des phases d'ouverture et/ou d'ouverture desdites soupapes de maniere a provoquer un demarrage de la combustion dans la chambre de combustion auxdits instants. D'autres buts, caracteristiques et avantages de ['invention apparatront a la lecture de la description qui va suivre, donnee uniquement a titre d'exemple non limitatif et faite en reference aux dessins annexes sur lesquels: - la figure 1 est une representation schematique d'un moteur a combustion interne de type a allumage par compression destine a la propulsion d'un vehicule automobile; - la figure 2 est un diagramme montrant les lois de levee des soupapes d'admission et d'echappement au cours du fonctionnement normal du moteur; - la figure 3a est un diagramme montrant des lois de levee des soupapes d'admission et d'echappement dans lesquelles la phase de fermeture des soupapes d' admission est modifiee de maniere a contrGler la combustion du moteur; la figure 3b est un diagramme montrant un autre exemple de loi s de levee des soupapes d' admi ssion et d'echappement dont le s phases de fermeture et d'ouverture vent modifiees de maniere a contr81er la combustion du moteur; s - la figure 4 est une representation schematique illustrant un autre mode de realisation d'un dispositif de commande conforme a ['invention; et - la figure S montre des courbes illustrant des modifications des loi s de lev ee des soupapes d' admission en foncti on du point de fonctionnement du moteur. Sur la figure 1, on a represente un schema synoptique illustrant la structure generale d'un moteur a combustion interne de type a allumage par compression pour vehicule automobile, ses moyens d'alimentation en air et d'echappement des gaz de combustion, ainsi que ses moyens de pilotage. Sur la figure 1, la reference numerique generale 10 designe de fapon tres schematique le carter du moteur, loquel comporte, dans l'exemple considere, quatre cylindres 12 en ligne. Chaque cylindre 12 1 5 est pourvu d'un conduit d'admissi on d' air frais et diun conduit d'echappement des gaz issus de la combustion. Les conduits d'admission d'air vent alimentes en air frais par l'intermediaire d'un repartiteur d'admission 14, lequel est alimente par une conduite 16 pourvue d'un filtre a air 18. En ce qui concerne les conduits d'echappement, ceux-ci vent raccordes a un collecteur d'echappement 20 qui recupere les gaz brules resultant de la combustion du melange air-carburant dans chaque cylindre 12 pour les rejeter dans l'environnement ambient par une ligne d'echappement 22, laquelle est pourvue, comme cela est classique, de moyens de traitement assurant, d'une part, un piegeage des particules nocives resultant de la combustion et, d'autre part, une conversion d'especes chimiques issues de la combustion en substances non polluantes par un procede de catalyse. Ces moyens de traitement vent constitues par des moyens de traitement de type classique. Ils ne seront done pas decrits en detail par la suite. On notera neanmoins qu'ils comportent un catalyseur d'oxydation ainsi que des moyens de post-traitement dit "actifs" tels qu'un filtre a particule et un piege a NOx. Les conduits d' admission et d'echappement vent chacun obtures par au moins une soupape, telle que 24 et 26, dont la levee est commandee par un arbre a cames, respectivement 28 et 30. Enfin, chaque cylindre est pourvu d'un injecteur de carburant, tel que 32. Un calculateur electronique, designe par la reference numerique generale 34, dument programme, gere le fonctionnement du moteur, notamment la quantite de carburant injecte ou ['instant d'allumage du moteur, de maniere a delivrer le couple demande par le conducteur. En particulier, le calculateur 34 inc orpore tous le s moyens materiels et logiciels pour gerer le fonctionnement du moteur dans le respect de relations qui liens ['angle d'avance a ['injection au remplissage en air, a la dilution de gaz brules recircules et a divers parametres, tels que le regime du fonctionnement du moteur, la temperature de l'air ambient, celle du liquide de refroidissement, etc..., comme cela est bien connu de l'homme du metier. En particulier, le calculateur 34 comporte, stockees en memoire, des lois de levee des soupapes d' admission 24 et d'echappement 26, de maniere a piloter les arbres a cames 28 et 30 pour obtenir un comportement des soupapes 24 et 26 correspondent aux lois de levee memorisees ou elaborees par le calculateur a partir de ces lois de levee. On a represente sur la figure 2 un exemple de loi de levee des soupapes en fonction de ['angle de rotation des arbres a cames 28 et , utilisee dans le fonctionnement normal du moteur. Sur cette figure, le terme PMH designe le point mort haut, le terme PMB designe le point mort teas, le terme OA designe la phase d'ouverture des soupapes d' admission, le terme OE designe la phase d'ouverture des soupapes d'echappement, le terme FA designe la phase de fermeture des soupapes d'admission, et le terme FE designe la phase de fermeture des soupapes d'echappement. Conformement a une caracteristique de ['invention, les phases d'actionnement des soupapes, dans le cycle de fonctionnement du moteur, vent determinees de maniere a contr81er la pression et la temperature regnant dans la chambre de combustion au cours de la compression, ainsi que la masse des gaz brules residuals, en procedant a un decalage des instants d'ouverture et de fermeture des soupapes. Plus particulierement, en se referent a la figure 3a, le calculateur contr81e la pression et la temperature regnant dans la chambre de combustion pendant la phase de compression, et done au cours de ['injection de carburant, en agissant sur la phase de fermeture des soupapes d'admission. Cette commande correspond a la loi utilisee dans la zone B de la figure 5. De meme, on pourrait, comme visible sur la figure 3b, decaler les lois de levee des soupapes d' admission et d'echappement. Cette commande correspond a la loi utilisee dans la zone C de la figure 5 De meme, le calculateur controle le taux de gaz brules residuels en agissant sur les phases d'ouverture et de fermeture des soupapes d'echappement et d' admission. Plus particulierement, la phase de fermeture des soupapes d'admi s si on est decal ee vers le point mort haut PMH de maniere a reduire la pression et la temperature dans le cylindre au cours de la compression. De meme, pour augmenter la quantite de gaz brules residuels pieges, on provoque un decalage de la phase de fermeture de la ou des soupapes d'echappement vers le point mort teas PMB. On peut ainsi regler et controler la pression et la temperature au moment de ['injection du carburant dans les cylindres, ainsi que la quantite des gaz residuels et, par consequent, ajuster le delai d'auto inflammation pour que la combustion se declenche dans toutes les conditions de fonctionnement autour du point mort haut. Selon un premier exemple de realisation, represente sur la figure 1, le calculateur 34 comporte, en memoire, une cartographic dans laquelle vent stockees des valeurs de consigne de position des soup apes en foncti on de parametre s de fonctionnement du moteur, tel s que le regime, la charge, les conditions de pression et de temperature d'air admis dans les cylindres, la temperature d'eau,.... Ainsi, selon cet exemple de realisation, le calculateur 34 elabore des ordres de commande du deplacement des arbres a cames 28 et 30 a partir de ces valeurs de consigne, en fonction du point de fonctionnement du moteur. Selon un autre exemple de realisation represente sur la figure 4, le calculateur 34 est pourvu de moyens de regulation destines a reguler les instants de combustion autour d'instants de combustion predetermines cartographies dans le calculateur 34 en fonction du point de fonctionnement du moteur. Dans ce cas, le dispositif est pourvu de moyens de detection de ['instant de demarrage de la combustion. Ces moyens de detection vent constitues par des capteurs appropries, tels que, par exemple, un capteur de pression monte dans l'un des cylindres, un accelerometre place sur la structure du moteur ou enc ore une sonde a ionisati on, permettant de detecter ['instant de demarrage de la combustion. Le calculateur 34 contr81e alors la combustion de maniere que ['instant de demarrage de la combustion concide avec ['instant de demarrage cartographic. On notera que, dans ces modes de realisation, le contr81e de la combustion s'effectue sur differents cycles de fonctionnement. De preference, le calculateur 34 procede en outre a une regulation cycle par cycle de la combustion en pilotant les injecteurs de carburant 32, de maniere a regler la strategic d'injection de carburant dans les cylindres en fonction du point de fonctionnement du moteur. Ainsi, par exemple, le calculateur 34 pilote les injecteurs 32 de maniere a agir sur le nombre et la phase des instants d'injection de carburant au cours de chaque cycle. Pour ce faire, par exemple, le calculateur 34 comporte, stockee en memoire, une cartographic dans laquelle vent charges des parametres d'injection en fonction du point de fonctionnement du moteur. I1 elabore ainsi directement des ordres de pilotage des injecteurs 32 de maniere a obtenir une strategic souhaitee. En variante, il est egalement possible de mettre en aeuvre une regulation des parametres d'injection en utilisant une boucle de regulation incorporee au calculateur 34. En se referent enfin a la figure S. on a represente a titre S d'exemple des courbes illustrant en fonction de la pression moyenne effective (PME) regnant dans les cylindres du moteur, et du regime de fonctionnement, les cartographies d'utilisation des lois de levee des soupapes d'admission et d'echappement conventionnelles (zone A), des lois de levee de soupapes d'admission modifiees (zone B) et des lois de levee de soupapes d'admission et d'echappement modifiees (zone C). Comme on le volt sur ces figures, la modification des instants d'actionnement des soupapes d'admission, ou des soupapes d'admission et d'echappement, est effectuee de fa,con a reduire les emissions de 1S particules et d'oxydes d'azote en charge partielle (zones B et C), sans degrader les performances du moteur en pleine charge (zone A). REVEND ICATIONS 1. Procede de contr81e de la combustion d'un moteur a combustion interne de type a allumage par compression, pour la reduction de la quantite de particules et d'oxydes d'azote emis dans les gaz d'echappement, le moteur etant pourvu de cylindres (12) qui delimitent interieurement une chambre de combustion et qui vent dotes d'un injecteur de carburant (32) et de soupapes d' admission (24) et d'echappement (26) pilotees par un calculateur de commande (34) selon des lois de levee des soupapes, caracterise en ce qu'il comprend une phase de contr81e de la pression et de la temperature regnant dans la chambre de combustion au cours d'une phase de compression et de contr81e de la masse de gaz brules residuals, et en ce que le contr81e de la pression et de la temperature regnant dans la chambre de combustion et le contr81e de la masse de gaz brules residuels vent realises par decalage de phases de fermeture et/ou d'ouverture des soupapes d' admission et/ou d'echappement dans la loi de levee desdites soupapes. 2. Procede selon la revendication 1, caracterise en ce que le decalage des phases de fermeture et/ou d'ouverture des soupapes d'admission (24) et/ou des soupapes d'echappement (26) est effectue en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. 3. Procede selon la revendication 2, caracterise en ce que l' on detecte ['instant de demarrage de la combustion et l'on decale les instants de fermeture des soupapes d' admission et/ou d'echappement de maniere a provoquer le demarrage de la combustion a un instant predetermine. 4. Procede selon la revendication 3, caracterise en ce que ['instant de demarrage de la combustion est determine en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. 5. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caracterise en ce que l' on met en aeuvre un contr81e de la combustion du moteur en fonction des conditions de fonctionnement du moteur et un controle de ['injection du carburant pour chaque cycle de fonctionnement du moteur. 6. Dispositif de commande du fonctionnement d'un moteur a combustion interne de type a allumage par compression, pour la mise en ccuvre d'un procede selon l'une quelconque des revendications 1 a S. le moteur etant pourvu de cylindres (12) delimitant chacun une chambre de combustion et dotes chacun d'un injecteur de carburant (32) et de soupapes d'admission (24) et de soupapes d'echappement (26), le dispositif comprenant un calculateur de commande (34) comportant, stockees en memoire, des lois de levee des soupapes pour provoquer leur ouverture et leur fermeture en fonction desdites lois de levee, caracterise en ce que le calculateur (34) comporte des moyens de contr81e de la temperature et de la pression regnant dans la chambre de combustion et de controle de la masse de gaz brules residuels par decalage de phases de fermeture et/ou d'ouverture des soupapes dans au moins une desdites lois de levee. 7. Dispositif selon la revendication 6, caracterise en ce que le calculateur comporte une cartographic (36) dans laquelle vent stockees des valeurs de consigne de position des soupapes en fonction de parametres de fonctionnement du moteur. 8. Dispositif selon la revendication 7, caracterise en ce qu'il comporte en outre des moyens de detection du demarrage de la combustion dans la chambre de combustion et une cartographic dans laquelle vent stockes des instants de demarrage de combustion en fonction de conditions de fonctionnement du moteur, les moyens de controle provoquant un decalage des phases d'ouverture et/ou de fermeture desdites soupapes de maniere a provoquer un demarrage de