Brevet FR2852355A1 — publié le 20040917

Procédé de commande d'un moteur à allumage par compression d'un mélange homogène. L'invention concerne un procédé de commande d'un moteur thermique à pistons à allumage par compression d'un mélange homogène, et plus particulièrement de régulation de la combustion. Dans ce type de moteur, un mélange d'air et de carburant est introduit dans un cylindre bien avant qu'un piston coulissant dans le cylindre n'atteigne le point mort haut. L'inflammation du mélange est obtenue par la compression du mélange et par 10 l'augmentation de température qui en résulte. Ces moteurs se caractérisent par une faible émission de particules et d'oxydes d'azote. Ils sont connus sous le sigle anglais HCCI (Homogenous Charge Compression Ignition). Cependant, un problème se pose pour maîtriser la période de combustion du mélange, c'est-à-dire à la fois le début de la combustion et la vitesse de combustion. Le document WO 02/48522 propose une méthode de régulation d'un moteur HCCI de laquelle un 20 capteur de pression dans le cylindre délivre un signal de mesure de la pression, un calculateur dérive cette mesure pour détecter une première étape de combustion. Le calculateur commande alors une injection d'eau dans le cylindre pour retarder le 25 début d'une deuxième étape de combustion. Ainsi, la deuxième étape de combustion intervient à une période choisie qui permet d'obtenir une efficacité optimale de la combustion. Les capteurs de pression à l'intérieur du cylindre d'un moteur sont onéreux. C'est donc un objectif de l'invention de proposer une autre méthode de commande d'un moteur HCCI pour réguler la combustion en utilisant un autre type de capteur. Avec cet objectif en vue, l'invention a pour objet un procédé de commande d'un moteur à pistons fonctionnant par allumage par compression d'un mélange homogène, le moteur comportant un capteur 10 donnant une information de combustion en lien avec la combustion dans le cylindre, procédé dans lequel on traite l'information de combustion pour déterminer un instant de combustion, on compare l'instant de combustion avec une consigne d'instant de combustion 15 et on agit sur un paramètre de fonctionnement du moteur pour que l'instant de combustion et la consigne correspondent. Selon l'invention, le capteur est une sonde d'ionisation placée dans le cylindre et délivrant un courant d'ionisation comme information 20 de combustion, l'instant de combustion correspondant à l'instant de pression maximale dans le cylindre. En effet, l'inventeur a constaté que le signal d'une sonde d'ionisation placée dans le cylindre varie lors de la combustion dans le cylindre, et 25 qu'il est possible d'en déduire des informations sur la façon dont se déroule la combustion. A partir du traitement de cette information, il est possible d'en déduire l'instant auquel la pression est maximale dans le cylindre. On établit une consigne de 30 l'instant de pression maximale, et on pilote le moteur pour que la mesure suive la consigne, en agissant sur au moins un paramètre de fonctionnement. De préférence, les paramètres de fonctionnement comprennent un taux de recyclage des gaz d'échappement. L'inventeur a constaté que l'ajustage de ce taux de recyclage permet d'agir efficacement 5 sur le démarrage et le développement de la combustion dans le cylindre, et donc sur l'instant o la pression maximale est atteinte dans le cylindre. Les paramètres de fonctionnement comprennent aussi une turbulence créée par un générateur de 10 turbulence d'air à l'admission et une variation du cycle d'admission ou d'échappement. Tous ces paramètres ont une influence sur le déroulement de la combustion dans le cylindre. Selon un premier mode de réalisation, on 15 détermine un signal de recyclage pour commander un actionneur déterminant le taux de recyclage, une consigne de signal étant prédéterminée en fonction du point de fonctionnement du moteur, on détermine un signal de correction du signal de recyclage en 20 fonction de la comparaison entre l'instant de combustion et la consigne d'instant de combustion, et on ajoute le signal de correction à la consigne de signal de recyclage pour déterminer le signal de recyclage. Ainsi, une consigne du paramètre de 25 fonctionnement du moteur est d'abord déterminée en fonction du point de fonctionnement du moteur, puis on agit sur ce paramètre en l'ajustant par une régulation introduisant une correction de sa consigne. Il est avantageux d'agir sur plusieurs paramètres de fonctionnement simultanément. De cette manière, en plus du déroulement de la combustion dans le temps, on peut agir sur la pression maximale et sur la température atteintes dans le cylindre, ce qui influe sur le rendement de la combustion, le bruit émis et la production de produits polluants. Selon un deuxième mode de réalisation, on détermine des consignes de signaux de pilotage pour commander des actionneurs déterminant les paramètres de fonctionnement, les consignes de signaux de pilotage étant prédéterminées en fonction du point de 10 fonctionnement du moteur, on détermine des signaux de correction des consignes de signaux de pilotage en fonction de la comparaison entre l'instant de combustion et la consigne d'instant de combustion, et on ajoute les signaux de correction aux consignes 15 pour déterminer les signaux de pilotage respectifs. L'invention a aussi pour objet un moteur à pistons fonctionnant par allumage par compression d'un mélange homogène, comportant - un capteur donnant une information de combustion 20 en lien avec la combustion dans le cylindre, - au moins un actionneur agissant sur un paramètre de fonctionnement du moteur, - un calculateur recevant et traitant l'information de combustion pour déterminer un instant de 25 combustion, déterminant une consigne d'instant de combustion, comparant l'instant de combustion avec la consigne d'instant de combustion, et pilotant l'actionneur pour agir sur le paramètre de fonctionnement du moteur pour que l'instant de 30 combustion et la consigne correspondent, caractérisé en ce que le capteur est une sonde d'ionisation placée dans le cylindre et délivrant un courant d'ionisation comme information de combustion, l'instant de combustion correspondant à l'instant de pression maximale dans le cylindre. L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence à la figure 1 qui est une vue en coupe axiale d'un cylindre d'un moteur selon 10 l'invention. Sur la figure 1, la référence 1 désigne un moteur à combustion interne dit HCCI, à allumage par compression d'un mélange homogène composé d'air et de carburant, comme du gazole. Seuls une partie de la 15 culasse 11 et un cylindre 12 sont représentés. Un piston 13 coulisse dans le cylindre 12 et définit avec celui-ci et la culasse une chambre de combustion 14. La chambre de combustion 14 comporte également un injecteur 15 de carburant et une sonde d'ionisation 20 5. Le piston entraîne en rotation un vilebrequin, non représenté, par l'intermédiaire d'une bielle, d'une manière connue en soi. Un capteur non représenté donne une information d'angle a de position instantanée du vilebrequin en fonction du temps. La culasse 11 comporte un conduit d'admission 17 débouchant dans la chambre de combustion 14 et dont l'ouverture est contrôlée par une soupape d'admission 9'. La culasse 11 comporte également un conduit d'échappement 18 débouchant dans la chambre 30 de combustion 14 et dont l'ouverture est contrôlée par une soupape d'échappement 9. Un système de distribution comporte un actionneur d'admission 10' et un actionneur d'échappement 10, actionnant la soupape d'admission 9', respectivement d'échappement 9. Le conduit d'admission 17 comporte un générateur de turbulences 7, actionné par un actionneur 8. Le moteur 1 comporte également un circuit de recyclage 20 de gaz d'échappement. Le circuit de recyclage 20 comporte une vanne de recyclage 2 pilotée par un actionneur de recyclage 21 pour ouvrir ou fermer le circuit de recyclage 20. Ainsi, le 10 circuit de recyclage peut transporter des gaz d'échappement du conduit d'échappement 18 vers le conduit d'admission 17. Le moteur 1 est piloté par un calculateur de moteur 3, par exemple à microprocesseur. Le 15 calculateur de moteur reçoit des informations en provenance du moteur, et il pilote les actionneurs contrôlant le moteur. Parmi les informations que la carte 3 reçoit se trouvent un signal d'ionisation I(t) en fonction du temps en provenance de la sonde 20 d'ionisation, et la position du vilebrequin a. Le calculateur de moteur 3 pilote les actionneurs de soupapes 10, 10', l'actionneur 8 du générateur de turbulence, l'injecteur 15 et l'actionneur de recyclage 21. Le moteur 1 comporte un cycle à quatre temps, c'est-à-dire, d'une manière connue en soi, des phases successives d'admission, de compression, de détente puis d'échappement. Pour le moteur 1, de l'air est admis pendant la phase d'admission, et du carburant 30 est injecté dans la chambre de combustion pendant la phase de compression, c'est-à-dire quand le piston passe d'un point mort bas vers un point mort haut en réduisant le volume de la chambre de combustion. Pour obtenir un mélange homogène, le carburant est injecté alors que le piston est encore à proximité de la position du point mort bas. Ainsi, le carburant se 5 vaporise pendant une grande partie de la phase de compression, et forme ainsi un mélange sensiblement homogène à la fin de la phase de compression. Lors de la compression, le mélange d'air et de carburant contenu dans la chambre de combustion 10 s'échauffe à cause de la compression qu'il subit, jusqu'à atteindre une température d'autoinflammation, au moins localement, lorsque le piston est à proximité du point mort haut. La combustion se propage alors progressivement à l'ensemble du mélange 15 et la pression dans la chambre de combustion augmente jusqu'à un maximum. Lorsque le piston est passé par la position du point mort haut, le volume de la chambre de combustion augmente et la phase de détente débute. Le maximum de pression est atteint en général 20 dans cette période. La détente se poursuit pendant que les gaz brûlés se détendent en fournissant un travail au piston. Puis la phase d'échappement a lieu, et un nouveau cycle recommence. Le signal I(t) fourni par la sonde d'ionisation 25 est traité par le calculateur de moteur pour déterminer un instant de pression maximale aPmax exprimé sous la forme d'une position du vilebrequin. Le déposant de cette demande de brevet a déjà développé une méthode de détermination de cet instant 30 de pression maximal à partir d'un signal d'ionisation Ift)issu d'une sonde d'ionisation. Cette méthode est exposée dans la publication FR 2 813 920 et n'est pas reproduite ici. Elle peut s'appliquer ici de la même manière. Le calculateur de moteur contient dans une mémoire des tables de consignes de signaux de 5 pilotage pour les actionneurs du moteur tels que le système de distribution, 10, 10', le générateur de turbulence, l'injecteur ou l'actionneur de recyclage. Les consignes de signaux de pilotage sont déterminées en fonction du point de fonctionnement du moteur. Ils 10 correspondent à des compromis entre la consommation, l'émission de produits polluants tels que les oxydes d'azote, les hydrocarbures imbrûlés, les suies, et l'émission de bruit. Les tables de consignes de signaux de pilotage sont déterminées lors de la mise 15 au point du moteur. Le calculateur de moteur contient également dans une mémoire une table de valeurs de consigne d'instant de pression maximale aPmaxC. La consigne aPmaxC est déterminée en fonction du point de 20 fonctionnement du moteur, à partir des informations reçues par le calculateur. Elle est exprimée sous la forme d'un angle de position de vilebrequin, ce qui équivalent à un instant lorsque l'on rapporte la position du vilebrequin à sa vitesse de rotation. La 25 consigne aPmaxC et l'instant de pression maximale aPmax sont entrés dans un algorithme de comparaison qui génère des signaux de correction du pilotage des actionneurs du moteur. Les signaux de correction sont ajoutés aux signaux de pilotage et permettent ainsi 30 de réguler en boucle fermée l'instant de pression maximale. Dans un premier mode de réalisation, l'algorithme de comparaison ne permet d'agir que sur le recyclage des gaz d'échappement, en délivrant un signal de recyclage Tegr. C'est le cas par exemple lorsque le moteur est dépourvu de distribution 5 variable et de générateur de turbulence. Une correction CorrTegr du pilotage de la position de la vanne de recyclage est ajoutée à une consigne de pilotage de recyclage TegrC pour déterminer le signal de pilotage Tegr. La correction CorrTegr est par 10 exemple proportionnelle à la différence entre la consigne aPmaxC et l'instant de pression maximale aPmax. Ainsi, la consigne de pilotage de la vanne est corrigée pour que l'instant de pression maximale corresponde à un optimum qui est défini par la 15 consigne aPmaxC Dans un autre mode de réalisation, l'algorithme de comparaison génère plusieurs signaux de corrections, à destination des différents actionneurs. Ainsi, plusieurs paramètres agissent 20 simultanément pour corriger l'instant de pression maximale. La répartition de la correction est également mémorisée dans une table et déterminée en fonction du point de fonctionnement. La table est établie lors de la mise au point du moteur et vise à 25 ne pas perturber les compromis établis pour chaque point de fonctionnement. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits uniquement à titre d'exemple. Le moteur peut comporter par exemple un turbocompresseur 30 ou plusieurs injecteurs, et sur lesquels le procédé selon l'invention peut agir. Le carburant peut être de nature quelconque, tel que du gaz naturel ou de l'essence. Le signal de correction peut déterminé par d'autres algorithmes de régulation. être il REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un moteur à pistons fonctionnant par allumage par compression d'un mélange homogène, le moteur (1) comportant un capteur (5) donnant une information de combustion 5 (I(t)) en lien avec la combustion dans un cylindre (12), procédé dans lequel: - on traite l'information de combustion (I(t)) pour déterminer un instant de combustion (aPmax), - on compare l'instant de combustion (aPmax) avec 10 une consigne d'instant de combustion (aPmaxC) et - on agit sur au moins un paramètre de fonctionnement du moteur pour que l'instant de combustion (aPmax) et la consigne (aPmaxC) correspondent, caractérisé en ce que le capteur est une sonde d'ionisation (5) placée dans le cylindre (12) et délivrant un courant d'ionisation (I(t)) comme information de combustion, l'instant de combustion correspondant à l'instant de pression maximale 20 (aPmax) dans le cylindre. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paramètres de fonctionnement comprennent un taux de recyclage des gaz d'échappement. 3. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on détermine un signal de recyclage Tegr pour commander un actionneur (21) déterminant le taux de recyclage, une consigne de signal TegrC étant prédéterminée en fonction du point de fonctionnement du moteur, on détermine un signal de correction du signal de recyclage CorrTegr en fonction de la comparaison entre l'instant de 5 combustion (aPmax) et la consigne d'instant de combustion (aPmaxC), et on ajoute le signal de correction CorrTegr à la consigne de signal de recyclage TegrC pour déterminer le signal de recyclage Tegr. 4. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que les paramètres de fonctionnement comprennent en outre une turbulence créée par un générateur de turbulence (7) d'air à l'admission et une variation du cycle d'admission ou 15 d'échappement. 5. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on agit sur plusieurs paramètres de fonctionnement simultanément. 6. Procédé de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on détermine des consignes de signaux de pilotage pour commander des actionneurs déterminant les paramètres de fonctionnement, les consignes de signaux de pilotage étant prédéterminées en fonction du point de 25 fonctionnement du moteur, on détermine des signaux de correction des consignes de signaux de pilotage en fonction de la comparaison entre l'instant de combustion et la consigne d'instant de combustion, et on ajoute les signaux de correction aux consignes 30 pour déterminer les signaux de pilotage respectifs. 7. Moteur à pistons fonctionnant par allumage par compression d'un mélange homogène, comportant - un capteur (5) donnant une information de combustion I(t) en lien avec la combustion dans un cylindre (12), - au moins un actionneur (7, 21, 10, 10') agissant sur un paramètre de fonctionnement du moteur, - un calculateur (3) recevant et traitant l'information de combustion I(t) pour déterminer un 10 instant de combustion (aPmax), déterminant une consigne d'instant de combustion (aPmaxC) , comparant l'instant de combustion (cPmax) avec la consigne d'instant de combustion (aPmaxC), et pilotant l'actionneur (7, 21, 10, 10') pour agir 15 sur le paramètre de fonctionnement du moteur pour que l'instant de combustion (aPmax) et la consigne (aPmaxC) correspondent, caractérisé en ce que le capteur est une sonde d'ionisation (5) placée dans le cylindre (12) et 20 délivrant un courant d'ionisation I(t) comme information de combustion, l'instant de combustion correspondant à l'instant de pression maximale (aPmax) dans le cylindre.