Brevet FR2893985A1 — publié le 20070601

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne, selon lequel le carburant, notamment de l'essence, est injecté directement dans la chambre de combus-tion pour être enflammé par auto-allumage. L'invention concerne également un programme d'ordinateur, un support de mémoire électrique, une installation de commande et/ou de régulation ainsi qu'un moteur à combustion in-terne mettant en oeuvre ce procédé. Etat de la technique On connaît en principe des moteurs à combustion interne certes non fabriqués en série et dans lesquels l'essence est injectée directement dans la chambre de combustion pour un auto-allumage selon le principe Diesel. De tels moteurs à combustion interne promettent une économie plus poussée de carburant et des rejets encore plus avantageux que dans le cas des moteurs à combustion interne à injection directe d'essence et allumage commandé par une bougie. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un pro- cédé permettant d'améliorer le comportement en consommation et en rejet de matières polluantes de moteurs à combustion interne travaillant par auto-allumage. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on influence de manière précise un paramètre de l'auto-allumage notamment un instant, par le nombre et/ou les instants d'injection. L'invention concerne également un support de mémoire électrique, une installation de commande et/ou de régulation, un pro- gramme d'ordinateur et un moteur à combustion interne mettant en oeuvre ce procédé. Avantages de l'invention Le procédé selon l'invention permet à la différence du procédé connu qui influence la combustion, d'influencer de manière précise ici un paramètre, par exemple l'instant, de l'auto-allumage. Cela permet de placer le centre de gravité de la combustion également dans le cas de moteurs à combustion interne à essence à auto-allumage, en différents points de fonctionnement du moteur à combustion interne, dans une plage dans laquelle la consommation de carburant est faible et les rejets (émission) sont avantageux. Cela est rendu possible grâce à l'invention qui a reconnu que l'état thermodynamique de la chambre de combustion à l'instant de l'auto-allumage était conditionné de manière précise par le nombre et/ou l'instant des injections précédentes. Cet état thermodynamique influence à son tour par exemple la pression dans la chambre de combustion ou la charge de la chambre de combustion qui agissent sur l'auto-allumage. Finalement, cela signifie simplement que la combinai-son de plusieurs injections au cours d'un intervalle de temps qui commence au niveau de l'échange des gaz au point mort haut et s'étend au- delà du temps d'admission jusque dans le temps de compression, non seulement permet le conditionnement thermodynamique de la chambre de combustion, mais est même nécessaire pour cela. Le procédé selon l'invention ne permet toutefois pas seulement une commande ou gestion, mais également une régulation en ce que l'état thermodynamique actuel de la chambre de combustion est saisi ou déterminé par une grandeur caractéristique et le nombre et/ ou l'instant des injections dépend de la grandeur saisie ou déterminée. Cela peut se produire au mieux dans le cycle de travail, mais au plus tard pour le cycle de travail suivant destiné à la saisie de l'état thermo- dynamique. Il est particulièrement avantageux à cet effet qu'au moins une injection se fasse vers la fin d'un temps d'expulsion et/ou pendant un temps d'admission et cette injection est alors déterminée en s'appuyant sur le nombre de grandeurs saisies ensuite ou déterminées et/ou sur l'instant des injections supplémentaires. Grâce à une telle première injection pendant le temps d'admission, on forme un mélange de base homogène. Par l'exploitation faite ensuite de l'état thermodynamique, on peut savoir si celui-ci correspond à un état souhaité par exemple un état de charge souhaité. Si cela n'est pas le cas, par une ou plusieurs doses d'injection, on peut influencer l'état thermodynamique de la chambre de combustion par exemple pendant un temps de compression suivant. Il est à remarquer que le procédé selon l'invention ne s'applique pas seulement à des moteurs à combustion interne à quatre temps mais également à des moteurs à combustion interne à deux temps ou même à des moteurs à combustion interne à six temps. Ces différents modes de fonctionnement peuvent de plus être appliqués par un seul unique moteur à combustion interne toutefois pour des points de fonctionnement différents. Alors que les principes du fonctionnement à deux temps ou à quatre temps sont connus depuis longtemps, pour le mode de fonctionnement à six temps, il est à remarquer que celui-ci comporte en plus un temps de détente et un temps de compression pour réaliser de meilleures conditions de réaction du mélange carburant-air dans la chambre de combustion. Un tel mode de fonctionnement à six temps s'applique surtout si le moteur à combustion interne traite une charge relativement faible. La condition est naturellement que les soupapes d'admission et d'échappement puissent fonctionner avec la souplesse nécessaire à cet effet. On allonge alors le retard d'allumage si au moins une injection supplémentaire a été faite pendant une phase initiale d'un temps de compression. A cet instant la pression et la température dans la chambre de combustion sont encore relativement faibles de sorte que l'enthalpie d'évaporation du carburant injecté produit un refroidisse- ment de la charge d'air contenue dans la chambre de combustion et une certaine inhomogénéité de répartition de carburant. Cela se traduit par un auto-allumage anticipé suivi d'une combustion avec cliquetis. Il est également possible de raccourcir le retard d'allumage en effectuant au moins une injection supplémentaire après une phase initiale d'un temps de compression. A cet instant il règne déjà des pressions et des températures plus élevées dans la chambre de combustion. La préparation chimique et la cinétique de réaction s'effectuent ainsi relativement rapidement ce qui raccourcit le retard d'allumage. Une autre possibilité d'influencer l'état thermodynamique et ici en particulier l'état de charge dans la chambre de combustion, consiste à faire un recyclage des gaz d'échappement. Dans le cas d'un recyclage interne des gaz d'échappement, en appliquant une commande variable des soupapes d'admission et d'échappement à l'échange des gaz au point mort haut, on retient les gaz résiduels dans la chambre de combustion (chevauchement négatif des soupapes) ou on réaspire du gaz résiduel du canal de gaz d'échappement ou du canal d'admission (chevauchement positif des soupapes). Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation de l'invention représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion in- terne, - la figure 2 est un diagramme représentant la pression dans la chambre de combustion et différentes injections de carburant en fonction de l'angle du vilebrequin du moteur de la figure 1. Description d'exemples de réalisation Selon la figure 1, un moteur à combustion interne porte globalement la référence 10. Il entraîne un véhicule non représenté. Le moteur à combustion interne 10 comporte plusieurs cylindres dont un seul est représenté à la figure 1 dans un but de simplification ; ce cylindre comporte une chambre de combustion 12 avec un piston 14. Le piston 14 est relié à un vilebrequin 16. L'air comburant arrive dans la chambre de combustion 12 par une soupape d'admission 18 et un canal d'admission 20. Le canal d'admission est équipé d'un volet d'étranglement 22. Le carburant est injecté dans la chambre de combustion 12 par un injecteur 24. L'injecteur est alimenté par un système d'alimentation en carburant à haute pression 26. Les gaz de combustion chauds sont expulsés de la chambre de combustion 12 à travers la soupape d'échappement 28 pour passer dans un canal d'échappement 30. La soupape d'admission 18 est commandée par un arbre à cames réglable 32 ; la soupape d'échappement 28 est commandée par un arbre à cames réglable 34. L'utilisateur du moteur à combustion interne 10 exprime une demande de couple en actionnant la pédale d'accélérateur 36 (EGAS). Le fonctionnement du moteur à combustion interne 10 est commandé et régulé par une installation de commande et de régulation 38 qui traite entre autres les signaux fournis par la pédale d'accélérateur 36. L'installation de commande et de régulation 38 reçoit également les signaux d'un capteur de vitesses de rotation 40 qui saisit la vitesse de rotation du vilebrequin 16, ceux d'un capteur à film chaud HFM 42 qui saisit la masse d'air passant dans le canal d'admission 20 et un capteur de pression 44 qui saisit la pression régnant dans la chambre de combustion 12. Pour régler le point de fonctionnement du moteur à combustion interne 10, on commande entre autres l'injecteur 24 et le volet d'étranglement 22. On influence également la position de l'arbre à ca- mes d'admission 32 et celui de l'arbre à cames d'échappement 34 par des signaux appropriés fournis par l'installation de commande et de régulation 38. Comme cela apparaît directement dans la figure 1, le moteur à combustion interne 10 tel que représenté ne comporte pas de bougie d'allumage. Au lieu de cela, l'essence injectée par l'injecteur 24 s'enflamme automatiquement du fait de l'augmentation de température du gaz de la chambre de combustion 12 par la compression pendant le temps de compression. Pour permettre de régler aussi précisément que possible l'instant de l'allumage de l'essence injectée, on procède selon un procédé qui sera détaillé ci-après en référence à la figure 2. Le procédé a pour objectif d'appliquer au moteur à combustion interne 10 à différents points de charge, des recyclages différents de gaz d'échappement ou des stratégies de gaz résiduel ainsi que des stratégies d'injection différentes. Dans le cas d'une charge très fai- ble, pour recycler des gaz résiduels internes, on utilise une stratégie d'accumulation de gaz résiduel dans la chambre de combustion 12 ; cette stratégie consiste à fermer la soupape d'échappement 28 avant la fin du temps d'échappement et d'ouvrir la soupape d'admission 18 seulement après le début d'un temps d'admission. A la figure 2, la plage d'angle de vilebrequin correspondant au temps d'échappement porte la référence 46 ; la plage d'angle de vilebrequin du temps d'admission porte la référence 48. La courbe de levée de la soupape d'échappement 28 porte la référence 50 à la figure 2 ; la courbe de levée de la soupape d'admission 18 porte la référence 52. Il apparaît ainsi à la figure 2 qu'au point mort haut d'échange de gaz (à la figure 2 il s'agit de l'angle de vilebrequin KW égal à 0 ) la sou-pape d'échappement 28 est déjà fermée alors que la soupape d'admission 18 n'est pas encore ouverte. Cette stratégie peut également s'appeler chevauchement négatif du mouvement des soupapes. Ainsi, on comprime la masse de gaz résiduel encore emprisonnée dans la chambre de combustion 12 à la fin du temps d'échappement 46 ce qui se traduit par une augmentation de la pression p (courbe 54 à la figure 2) par une augmentation correspondante de la température. Une première injection d'essence par l'injecteur 24 se fait à cet instant c'est-à-dire juste avant la fin du temps d'échappement 46. Cette injection est représentée à la figure 2 par la flèche 56a. Du fait des températures élevées on a une réaction de décomposition de l'essence injectée en 56a qui se transforme en produit intermédiaire plus réactif. A des températures très élevées régnant dans la chambre de combustion 12 et pour une forte teneur en oxygène, on peut ainsi dégager une chaleur importante qui se traduit par une nouvelle augmentation supplémentaire de la température dans la chambre de combustion 12. La soupape d'admission 18 s'ouvre dès que l'on a au moins sensiblement un équilibre de pression entre le canal d'admission 20 et la chambre de combustion 12 pour éviter de cette manière des pertes de charge. A une charge plus élevée, une température plus élevée dans la chambre de combustion 12 et/ou un rapport de compression plus élevée, on pourrait du reste avoir un chevauchement positif des soupapes pour lequel contrairement à ce qui est représenté à la figure 2, la soupape d'échappement 28 reste ouverte jusqu'au temps d'admission 48 et pour lequel la soupape d'admission 28 s'ouvre déjà vers la fin du temps d'échappement 46. Pour ce chevauchement positif de soupape, la quantité de gaz résiduel nécessaire sera soit aspirée en retour du canal d'échappement 30, soit du canal d'admission 20 dans la chambre de combustion 12, sans qu'au point mort haut d'échange de gaz on rencontre déjà une augmentation de pression et de température du fait d'une compression dans la chambre de combustion 12. Par le choix d'une certaine stratégie de gaz résiduel ou de chevauchement de soupape, on peut déjà influencer la pression p et la température dans la chambre de combustion 12 pendant le temps de compression (référence 58 à la figure 2) qui fait suite au temps d'admission 48 et arriver ainsi à l'instant de l'auto-allumage de l'essence injectée. L'injection principale proprement dite de carburant par l'injecteur 24 se fait alors pendant le temps d'admission 48 (flèche 56b). L'instant de l'injection principale 56b influence également l'homogénéité de la charge du cylindre de même que la première injection 56a. Vers la fin du temps d'admission 48, du fait de la stratégie choisie pour le gaz résiduel et l'injection, on aura un état thermodynamique très déterminé dans la chambre de combustion 12. La stratégie des gaz résiduels et la stratégie de l'injection sont choisies pour que dans un état thermodynamique souhaité, cela corresponde finalement au début souhaité de l'auto-allumage du carburant injecté. L'état thermodynamique régnant dans la chambre de combustion 12 par exemple la pression p (courbe 54 à figure 2) dans la chambre de combustion 12 est saisie en permanence par le capteur de pression 44. En particulier vers la fin du temps d'admission 48, selon le présent procédé, du fait du signal du capteur de pression 44, on vérifie si l'état thermodynamique actuel effectif dans la chambre de combustion 12 correspond à l'état thermodynamique souhaité. Si cela n'est pas le cas, on peut alors pendant le temps de compression 58 influencer l'état thermodynamique dans la chambre de combustion 12 par des in-jections appropriées d'essence à l'aide de l'injecteur 24. Si par exemple on injecte l'essence au début du temps de compression 58 (flèche 56c à la figure 2) c'est-à-dire à un instant au-quel il règne une pression relativement faible et une température relativement faible dans la chambre de combustion 12, alors l'enthalpie d'évaporation du carburant injecté produit un refroidissement de la charge de gaz contenu dans la chambre de combustion 12 et une certaine inhomogénéité de répartition de carburant. Cela s'oppose à un auto-allumage anticipé du carburant injecté et à une combustion avec cliquetis. Le retard d'allumage est prolongé de cette manière. En variante, comme l'indique la flèche 56d, on peut avoir l'injection également retardée dans le temps de compression 58, c'est-à-dire à un instant auquel il règne déjà une température relativement élevée ou une pression relativement élevée p dans la chambre de combustion 12. Dans cette phase, après une injection d'essence, on aura rapidement préparation du mélange et cinétique de réaction de sorte que cette injection 56d raccourcit le retard d'allumage et l'instant de l'auto-allumage est ainsi déplacé. Du fait de l'état thermodynamique de la chambre de combustion 12 saisi dans le temps d'admission 48, on distingue d'une part si et comment des injections supplémentaires 56c ou 56d doivent être faites dans le temps de compression 58. Cette relation est couverte par la flèche 60 à la figure 2. Cela permet d'influencer l'instant de l'auto-allumage (étoile 62 à la figure 2) du mélange-carburant emprisonné dans la chambre de combustion 12 de façon que le moteur à combustion interne 10 travaille avec un rendement optimum pour tout point de fonctionnement.25 REVENDICATIONS 1 ) Procédé de gestion d'un moteur à combustion interne (10), selon le-quel le carburant notamment de l'essence, est injecté directement dans la chambre de combustion (12) pour être enflammé par auto-allumage (62), caractérisé en ce qu' on influence de manière précise un paramètre de l'auto-allumage (62), notamment un instant, par le nombre et/ou les instants d'injection (56a-d). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on saisit ou on détermine une grandeur (p) caractéristique de la combustion et/ ou de l'état thermodynamique actuel de la chambre de corn- bustion (12), et le nombre et/ou l'instant des injections (56c-d) dépend de la grandeur (p) saisie ou déterminée. 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'état thermodynamique est une pression de chambre de combustion (p) ou une grandeur déterminée à partir de la pression de chambre de combustion. 4 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on effectue au moins une injection (56a-b) vers la fin du temps d'expulsion (46) et/ou pendant le temps d'aspiration (48), et ensuite sur la base de la grandeur (p) saisie ou déterminée, on définit le nombre et/ou l'instant des injections effectives (56c-d). 5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' 15on prolonge le retard d'allumage en ce qu'on effectue au moins une injection supplémentaire (56c) pendant la phase initiale d'un temps de compression (58). 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on raccourcit le retard d'allumage en ce qu'on effectue au moins une injection supplémentaire (56b) après la phase initiale d'un temps de compression (58). 7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le recyclage interne des gaz d'échappement dépend de la charge actuelle. 8 ) Programme d'ordinateur, caractérisé en ce qu' il permet d'appliquer un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 20 9 ) Support de mémoire électrique pour une installation de commande et/ou de régulation (38) d'un moteur à combustion interne (10), caractérisé en ce qu' il contient un programme d'ordinateur pour l'application d'un procédé 25 selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 10 ) Installation de commande et/ou de régulation (38) d'un moteur à combustion interne (10), caractérisée en ce qu' 30 elle est programmée pour appliquer un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 11 ) Moteur à combustion interne (10) notamment de véhicule automobile comportant une installation de commande et/ou de régulation (38), 35 caractérisé en ce que 2893985 Il l'installation de commande et/ou de régulation (38) est programmée pour appliquer un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 5