Brevet FR2904985A1 — publié le 20080222

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne selon lequel on allume un mélange air/ carburant dans la chambre de combustion du moteur, par une première opération d'allumage et on surveille la production effective de la combustion du mélange carburant/air, allumé. L'invention concerne également un programme d'ordinateur et un appareil de commande d'un moteur à combustion interne. Etat de la technique Dans les procédés de gestion actuels des moteurs à combustion interne, on peut uniquement détecter les ratés de combustion ou autres perturbations de la combustion du mélange air/carburant. Dès que le nombre de ratés de combustion détectés sur un certain cylindre du moteur à combustion interne dépasse un seuil prédéfini, les procédés de gestion actuels prévoient la coupure du cylindre c'est-à-dire la neutralisation de l'injection de carburant dans le cylindre correspondant du moteur à combustion interne, par exemple pour le reste du cycle actuel de roulage. Les ratés de combustion se répercutent de manière négative sur les émissions de matières polluantes par le moteur à combustion interne, et la neutralisation des cylindres par l'injection de carburant réduit le confort de conduite d'un véhicule équipé d'un moteur à combustion interne car cette neutralisation détériore la régularité du fonctionnement et aussi la puissance que fournit le moteur à combustion interne. Les ratés de combustion ont également l'inconvénient de risquer d'endommager le système de traitement des gaz d'échappement en aval ou système de post-traitement des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. En particulier les hydrocarbures imbrûlés du mélange air/carburant peuvent réagir de manière exothermique avec l'oxygène le cas échéant accumulé dans le système de traitement des gaz d'échappement et détruire ainsi ce système. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé et un appareil de commande du type ci-dessus ainsi qu'un 2904985 2 programme d'ordinateur permettant d'assurer une combustion plus fiable du mélange air/carburant allumé. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un procédé de gestion du 5 type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on utilise une installation d'allumage avec au moins une installation laser pour émettre une impulsion laser dans la chambre de combustion, et le cas échéant, notamment en cas d'absence de combustion, après la première opération d'allumage, on émet au moins une impulsion laser dans la 10 chambre de combustion. L'utilisation selon l'invention d'une installation d'allumage reposant sur un laser en liaison avec la charge postérieure de la chambre de combustion ou d'un mélange air/carburant non allumé correctement ou non brûlé correctement, avec une ou plusieurs 15 impulsions laser permet avantageusement d'augmenter la probabilité de combustion correcte dans la chambre de combustion, c'est-à-dire d'éviter les ratés de combustion. De façon très avantageuse, la surveillance de la combustion ou le déroulement de la combustion dans le temps se fait 20 en fonction de la pression dans la chambre de combustion et/ou de signaux optiques ou acoustiques ou autres dépendant de l'évolution de la combustion. En particulier on exploite les signaux de bruits de structure pour conclure à l'évolution de la combustion. Pour assurer une inflammation particulièrement fiable du 25 mélange air/carburant dans la chambre de combustion, on peut choisir un nombre et/ou une fréquence séquentielle d'impulsions laser émises après la première opération d'allumage selon des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne. Varier l'énergie des impulsions laser est également envisageable pour d'une part garantir la 30 fiabilité de l'inflammation, et d'autre part ne pas fournir une quantité excessive d'énergie d'allumage. Pour déterminer d'une manière particulièrement précise les paramètres utilisés pour un allumage postérieur à l'aide d'impulsions laser, il est avantageux d'exploiter la vitesse de rotation ou 35 un mode de fonctionnement tel que par exemple le mode de 2904985 3 fonctionnement homogène ou le mode de charge stratifié ou aussi l'évolution chronologique de la combustion. Une mise en forme individuelle particulièrement avantageuse de l'évolution de l'allumage ou de la combustion est 5 possible selon l'invention en variant l'énergie des impulsions laser émises successivement dans la chambre de combustion. On augmente encore plus la probabilité d'éviter un raté de combustion en utilisant le procédé de l'invention en ce qu'on fait varier le point d'allumage dans la chambre de combustion sur lequel on 10 focalise la ou les impulsions laser, ou encore on répartit simultanément entre plusieurs points d'allumage. Déjà pendant la première opération d'allumage, on peut avantageusement émettre au moins une impulsion laser dans la chambre de combustion. Le système d'allumage fondé sur un laser peut 15 être de manière très générale, l'unique système d'allumage du moteur à combustion interne et réaliser ainsi également la première opération d'allumage. En outre on peut envisager un système d'allumage primaire par exemple un système d'allumage à haute tension habituel pour l'opération d'allumage, alors que le système d'allumage fondé sur un 20 laser selon l'invention assure une fonction secondaire et de préférence, assure rapidement un post-allumage . Au moins de temps en temps pour une telle configuration on peut également envisager le fonctionnement en parallèle du système d'allumage fondé sur laser selon l'invention et d'un autre système d'allumage. 25 Il est très avantageux que la surveillance de l'évolution de la combustion soit assurée par une unité de calcul faisant partie de l'appareil de commande du moteur à combustion interne et destinée en même temps à commander le moteur à combustion interne. Une telle unité de calcul peut être par exemple un micro-contrôleur rapide ou un 30 processeur numérique de signal (PNS). On soulage l'unité de calcul assurant la commande du moteur à combustion interne si on utilise une unité de calcul dédiée pour surveiller l'évolution de la combustion. La configuration à processeur multiple qui en résulte peut être intégrée totalement dans 2904985 4 l'appareil de commande comme par exemple une unité de calcul distincte d'un appareil de commande habituel. L'appareil de commande du moteur à combustion interne peut également comporter une unité de calcul ayant une architecture 5 dite à noyaux multiples c'est-à-dire ayant plusieurs noyaux de calculateur, intégrés. Un premier noyau de calculateur peut avantageusement commander le moteur à combustion interne et le second surveiller l'évolution de la combustion. Il est particulièrement intéressant de réaliser le procédé 10 selon l'invention sous la forme d'un programme d'ordinateur enregistré par exemple sur un support de mémoire électronique d'un appareil de commande approprié. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière 15 plus détaillée à l'aide de modes de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne mettant en oeuvre le procédé de l'invention ; et - la figure 2 est un ordinogramme simplifié de la réalisation du 20 procédé de l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention Selon la figure 1, le moteur à combustion interne porte globalement la référence 10. Il sert à entraîner un véhicule automobile non représenté. Le moteur à combustion interne 10 comporte plusieurs 25 cylindres dont un seul représenté à la figure 1 porte la référence 12. La chambre de combustion 14 du cylindre 12 est délimitée par un piston 16. Le carburant est introduit directement dans la chambre de combustion 14 par un injecteur 18 relié à un accumulateur de carburant sous pression 20 appelé rail ou rampe commune. 30 Le carburant 22 injecté dans la chambre de combustion 14 ou un mélange air/carburant qui en résulte est allumé par une impulsion laser 24 émise dans la chambre de combustion par une installation d'allumage 24 comprenant une installation de laser 26. L'installation de laser 26 est alimentée en lumière de pompage par une 35 installation guide de lumière 28 transmettant la lumière fournie par 2904985 5 une source de pompage de lumière 30. La source de pompage de lumière 30 est commandée par un appareil de commande 32 qui commande également l'injecteur 18. Dans le procédé de fonctionnement représenté 5 schématiquement par l'ordinogramme de la figure 2, un mélange air/carburant qui se trouve dans la chambre de combustion 14 (figure 1) du moteur à combustion interne 10, est tout d'abord allumé par une première opération d'allumage 100. Ensuite on surveille la production effective d'une combustion du mélange air/ carburant allumé dans 10 l'étape 110 pour détecter un éventuel raté de combustion ou autre perturbation de la combustion dans la chambre de combustion 14. La surveillance de la combustion ou de l'évolution dans le temps de la combustion se font avantageusement en tenant compte de la pression dans la chambre de combustion, par exemple à l'aide d'un 15 capteur de pression de chambre de combustion 19 prévu à cet effet et représenté dans la partie gauche de la figure 1. En variante ou en plus on peut déduire la pression dans la chambre de combustion à partir d'autres paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne 10. On peut en outre envisager des capteurs optiques et/ou 20 acoustiques ou des capteurs de bruit de structure ou autres capteurs pour obtenir des signaux appropriés représentant l'évolution dans le temps de la combustion dans la chambre de combustion 14. Au cours de la surveillance de l'évolution de la combustion faite après la première opération d'allumage 100 (figure 2) 25 (voir étape 110) une unité de calcul 32a de l'appareil de commande 32 vérifie les paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne 10 ainsi que les signaux de capteurs évoqués ci-dessus ; elle en déduit une opération de combustion déroulée normalement ou des perturbation, voire l'absence totale de combustion c'est-à-dire un raté 30 de combustion. En variante à la surveillance de l'évolution de la combustion par l'unité de calcul 32a, l'installation d'allumage en plus de la commande de l'injecteur et de l'installation d'allumage a également pour fonction la surveillance 110 selon l'invention de 35 l'évolution de la combustion à l'aide d'une unité de calcul distincte 2904985 6 prévue à cet effet ; cette unité est représentée à la figure 1 par le bloc fonctionnel 32b tracé en pointillés. Les unités de calcul 32a, 3éb peuvent être par exemple un micro-contrôleur puissant ou des processeurs numériques de signaux PNS. 5 Dans la mesure où la surveillance 110 de l'évolution de la combustion n'entraîne pas d'irrégularité, on peut supposer que la première opération d'allumage a été suffisante pour enflammer le mélange air/carburant et qu'en fonction de cela aucune autre mesure n'est à prendre pour éviter un raté de combustion. Comme indicateur 10 d'une inflammation correcte du mélange air/carburant on peut par exemple utiliser le dépassement d'un seuil prédéfini par la pression dans la chambre de combustion. Si toutefois la surveillance 110 de l'évolution de la combustion donne des signes d'une combustion qui ne se déroule pas 15 correctement ou d'une absence totale de combustion, l'étape de procédé 120 suivante selon l'invention (figure 2) émet au moins une autre impulsion laser 24 dans la chambre de combustion 14 du moteur à combustion interne 10 pour qu'ensuite, en se rapportant sur la première opération d'allumage 100, produire l'allumage du mélange 20 air/carburant. L'émission des autres impulsions laser 24 dans l'étape 120 se fait selon l'invention si possible directement après la détection d'une évolution de combustion inférieure à l'évolution optimale mais néanmoins à l'intérieur du même cycle de travail du cylindre concerné pour éviter des ratées de combustion. En utilisant le système 25 d'allumage basé sur un laser, on peut générer avantageusement des impulsions laser 24 avec une suite d'impulsions de l'ordre de 200 s et moins. De façon avantageuse, on choisit le nombre et/ou la fréquence de récurrence des impulsions laser 24 émises après la 30 première phase d'allumage 100 selon les paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne 10 en particulier selon la vitesse de rotation et/ ou le mode de fonctionnement ainsi que par exemple le mode homogène ou le mode à charge stratifiée. De façon particulièrement avantageuse on peut choisir le 35 nombre et/ou la fréquence de récurrence des autres impulsions laser 2904985 7 24 également en fonction de l'évolution de la combustion. Cela permet d'influencer de manière dynamique la combustion dans la chambre de combustion 14 par le cas échéant une adaptation réussie de l'impulsion laser 24 émise. 5 Il est particulièrement avantageux en outre, de faire dépendre l'énergie de l'impulsion laser 24 émise dans la chambre de combustion 14 en fonction des paramètres de fonctionnement déjà décrits du moteur à combustion interne 10, de préférence de nouveau notamment en fonction de la vitesse de rotation et/ou du mode de 10 fonctionnement du moteur à combustion interne 10. Il est également possible de choisir l'énergie de l'impulsion laser 24 émise en fonction de l'évolution de la combustion. Les moyens de l'invention tels que décrits ci-dessus garantissent la meilleure inflammation du mélange air/carburant dans 15 la chambre de combustion 14 même si la première phase d'allumage 100 n'a pas conduit à une combinaison correcte. L'utilisation selon l'invention d'une installation d'allumage à laser est particulièrement avantageuse car les autres impulsions laser 24 peuvent être émises avec des temps de latence 20 minimale dans la chambre de combustion 14. Cela signifie que le post-allumage par d'autres impulsions laser 24 après avoir constaté une combustion non correcte peut se faire pratiquement sans retard par rapport à la première opération d'allumage 100. La mise en forme dynamique de l'évolution de la 25 combustion est en outre possible en variant l'énergie des impulsions laser 24 émises successivement. Il est en outre avantageux qu'un point d'allumage ZP (voir figure 1) dans la chambre de combustion 14 sur lequel on focalise l'impulsion laser 24 puisse être modifié. Cela permet d'augmenter 30 encore plus la probabilité d'une inflammation correcte du mélange air/carburant. En outre, il est avantageux d'émettre plusieurs impulsions laser 24 simultanément à différents points d'allumage répartis dans la chambre de combustion 14, ce qui permet de solliciter notamment des zones marginales de la chambre de combustion 14 avec 35 une impulsion laser 24. 2904985 8 De façon particulièrement avantageuse pour la première opération d'allumage 100 (figure 2) on peut prévoir un allumage multiple c'est-à-dire un allumage en appliquant plusieurs impulsions laser 24 à la chambre de combustion 14. 5 Dans le cas où on détecte dans le même cylindre continuellement des ratées de combustion sur plusieurs cycles de travail successifs, on pourra pour les opérations d'allumage futures et à titre de prévention, commuter d'un allumage simple à l'allumage multiple tel que décrit. Ce n'est que si le post-allumage selon 10 l'invention ne produit plus d'inflammation du mélange air/carburant que l'on peut neutraliser le cylindre concerné du moteur à combustion interne 10 pour ne plus y injecter de carburant. Le procédé de gestion selon l'invention convient tout particulièrement bien en combinaison avec le procédé de combustion à 15 guidage de jet qui nécessite comme cela connu le respect de conditions très strictes de synchronisation entre l'instant de l'introduction du carburant dans la chambre de combustion 14 et l'instant de l'allumage. En particulier pour les modes de fonctionnement avec mélange pauvre comme par exemple le mode de fonctionnement avec charge stratifiée, 20 cela permet de cette manière d'augmenter la fiabilité de l'allumage du mélange air/ carburant. Le procédé de gestion selon l'invention peut s'appliquer à des moteurs à combustion interne de véhicules automobiles et aussi de façon avantageuse à des moteurs fixes. 25 REVENDICATIONS 1 ) Procédé de gestion d'un moteur à combustion interne (10) selon lequel on allume un mélange air/ carburant dans la chambre de combustion (14) du moteur (10), par une première opération d'allumage (100) et on surveille la production effective de la combustion du mélange carburant/ air, allumé, caractérisé en ce qu' on utilise une installation d'allumage avec au moins une installation laser (26) pour émettre une impulsion laser (24) dans la chambre de combustion (14), et le cas échéant, notamment en cas d'absence de combustion, après la première opération d'allumage (100), on émet au moins une impulsion laser (24) dans la chambre de combustion (14). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on surveille la combustion en fonction de la pression dans la chambre de combustion et/ou de signaux optiques et/ou acoustiques et/ou autres dépendant du déroulement de la combustion. 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on choisit un nombre et/ou une fréquence de récurrence des impulsions laser (24) émises après la première opération d'allumage (100) selon des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne (10), notamment en fonction de la vitesse de rotation et/ou du mode de fonctionnement et/ou de l'évolution de la combustion. 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on choisit l'énergie de l'impulsion laser (24) émise après la première opération d'allumage (100) selon des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne (10), notamment en fonction de la vitesse de rotation et/ou du mode de fonctionnement et/ou de l'évolution de la combustion. 2904985 10 5 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' on modifie l'énergie des impulsions laser (24) émises successivement. 5 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on modifie le point d'allumage (ZP) dans la chambre de combustion (14) sur lequel est focalisée l'impulsion laser (24). 10 7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que de préférence selon les opérations de combustion déjà faites ou non encore produites pendant les cycles de travail précédents, on émet au moins une impulsion laser (24) dès la première opération d'allumage 15 (100). 8 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on surveille la combustion par une unité de calcul (32a) commandant 20 le moteur à combustion interne (10) ou par une unité de calcul (32b) distincte, propre à cette surveillance. 9 ) Programme d'ordinateur, caractérisé en ce qu' 25 il est programmé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8. 30