Brevet FR2939845A1 — publié le 20100618

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale la réduction des émissions polluantes des moteurs à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement un procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne. Elle concerne également un moteur à combustion interne équipé d'une unité de pilotage adaptée à mettre en oeuvre ce procédé de pilotage. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les normes anti-pollution associent généralement une contrainte donnée à chaque type de polluant émis par le moteur (bruit compris). Les réglages des modes de pilotage d'un moteur Diesel doivent permettre de satisfaire à la norme de dépollution en vigueur. Lorsque ces normes ne sont pas trop sévères, il est possible de trouver différents modes de pilotage permettant, pour un couple et un régime-moteur donnés, de satisfaire à ces normes. II est en particulier possible de trouver un mode de pilotage qui, d'une part, satisfait ces normes, et, d'autre part, permet d'optimiser la consommation en carburant du moteur. Les normes associées aux moteurs à allumage par compression (Diesel) deviennent particulièrement sévères et nécessitent de perfectionner l'architecture et les systèmes de pilotage des moteurs à combustion interne. Cela passe par exemple par l'implémentation de filtre à particules dans les systèmes de post-traitement, qui permet de trouver un compromis entre émissions de polluants, bruit, et autres contraintes. Seulement, ces systèmes de post-traitement sont onéreux à fabriquer, à entretenir et à implanter dans les véhicules automobiles. Ils sont par conséquent dimensionnés au juste nécessaire, si bien que le compromis entre les différentes contraintes demeure toujours délicat à gérer. Ces systèmes ajoutent en outre des contraintes supplémentaires à prendre en compte pour piloter le moteur, telles que le taux de chargement du filtre à particules. II faut en effet prévoir la possibilité de le régénérer régulièrement, en particulier lorsque le véhicule se trouve dans la configuration la plus défavorable qui soit. Les procédés de pilotage connus sont alors paramétrés en fonction de ces pires conditions, sans vérifier si le véhicule se trouve effectivement dans ces pires conditions ou dans des conditions plus favorable. Ce type de réglage n'est donc pas optimisé, en particulier à l'égard de la consommation en carburant du moteur. OBJET DE L'INVENTION La présente invention propose un nouveau procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne permettant de satisfaire aux normes anti-pollution en vigueur et d'optimiser la consommation en carburant du moteur. Plus particulièrement, on propose selon l'invention un procédé de pilotage comportant : a) une étape d'acquisition d'au moins un écart maximum relatif à la différence entre les émissions polluantes réelles du moteur et les émissions maximales autorisées, b) une étape de détermination d'une valeur de consigne d'au moins un paramètre thermodynamique de la combustion dans le moteur à combustion interne en fonction dudit écart maximum, c) une étape de mesure sur le moteur à combustion interne d'une valeur réelle dudit paramètre thermodynamique de combustion, d) une étape de calcul d'erreur entre ladite valeur de consigne et ladite valeur réelle dudit paramètre thermodynamique de combustion, e) une étape de pilotage du moteur à combustion interne en fonction de ladite erreur. Grâce à l'invention, le procédé de pilotage est basé sur une analyse des phénomènes de combustion qui ont lieu dans le moteur afin de régler au mieux l'injection de carburant et d'air frais dans les cylindres. II permet plus précisément de régler au mieux l'avance de l'injection de carburant principale et la quantité d'air frais admise par le moteur. Ce procédé se fonde plus précisément sur les valeurs de paramètres thermodynamiques mesurées à l'intérieur des cylindres du moteur, tels que par exemple la pression dans les cylindres. Il permet ainsi de comparer les valeurs mesurées de ces paramètres thermodynamiques avec des valeurs optimisées par calcul pour diminuer la consommation en carburant du moteur, tout en surveillant en continu si les phénomènes de combustion dans le moteur sont conformes aux résultats attendus de manière à s'assurer que les rejets du moteur restent conformes aux normes anti-pollution. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé de pilotage conforme à l'invention sont les suivantes : - à l'étape b), on évalue une variation à apporter à au moins un 2 paramètre de pilotage du moteur à combustion interne pour augmenter le rendement de la combustion du moteur à combustion interne, on vérifie par calcul que ladite variation de paramètre de pilotage ne risque pas d'engendrer un dépassement des émissions polluantes maximales autorisées, et, s'il n'existe aucun risque de dépassement, on calcule la valeur de consigne dudit paramètre thermodynamique de combustion en fonction de ladite variation de paramètre de pilotage ; - s'il existe un risque de dépassement, on recommence l'étape b) avec une nouvelle évaluation de la variation à apporter au paramètre de pilotage ; - pour vérifier que ladite variation de paramètre de pilotage ne risque pas d'engendrer un dépassement des émissions polluantes maximales autorisées, on calcule un écart prévisionnel relatif à la différence entre, d'une part, les émissions polluantes que présenterait le moteur s'il était piloté suivant ladite variation de paramètre de pilotage, et, d'autre part, les émissions polluantes réelles du moteur, et on compare ledit écart prévisionnel avec l'écart maximum acquis à l'étape a) ; - à l'étape b), préalablement au calcul de la valeur de consigne, on vérifie par calcul que ladite variation de paramètre de pilotage ne risque pas d'engendrer une réduction du rendement de la combustion du moteur à combustion interne ; - à l'étape a), les émissions polluantes comprennent les émissions en particules et/ou en hydrocarbure et/ou en monoxyde de carbone et/ou en oxyde d'azote du moteur, et/ou l'intensité sonore émise par le moteur et/ou le bruit de combustion du moteur ; - ledit paramètre thermodynamique de combustion correspond à la pression maximale dans un cylindre du moteur à combustion interne et/ou à l'angle du vilebrequin lorsque la pression est maximale dans le cylindre et/ou à la température des gaz brûlés rejetés hors du cylindre et/ou à la pression des gaz brûlés rejetés hors du cylindre et/ou à l'angle du vilebrequin lorsque la moitié de l'énergie totale de la combustion a été dégagée dans le cylindre ; et -à l'étape e), on pilote le débit d'air frais injecté dans les cylindres du moteur à combustion interne et/ou le débit de carburant injecté dans les cylindres et/ou le temps d'avance à l'injection du carburant dans les cylindres. Plus précisément, on pilote l'ensemble des variables de pilotage du moteur en fonction du calcul d'erreur réalisé à l'étape d). L'invention concerne également un moteur à combustion interne comportant, d'une part, un bloc-cylindres qui définit au moins un cylindre équipé d'un capteur de pression, et, d'autre part, une unité de pilotage qui est raccordée audit capteur de pression et qui est adaptée à mettre en oeuvre un tel procédé de pilotage. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est un diagramme représentant les étapes a) et b) du procédé de pilotage conforme à l'invention, et - la figure 2 est un diagramme représentant les étapes c), d) et e) du procédé de pilotage conforme à l'invention. L'invention s'applique à tout type de moteur à combustion interne à allumage par compression (Diesel). Un tel moteur à combustion interne comprend classiquement un bloc- moteur pourvu de quatre cylindres. En amont des cylindres, le moteur à combustion interne comporte une ligne d'admission qui prélève de l'air frais dans l'atmosphère et qui amène et répartit cet air frais dans chacun des cylindres du bloc-moteur. Cette ligne d'admission est ici équipée d'une vanne de régulation du débit d'air frais. En sortie des cylindres, le moteur à combustion interne comporte une ligne d'échappement de gaz brûlés qui collecte les gaz brûlés qui sortent de chacun des cylindres et qui les évacue dans l'atmosphère après un traitement adéquat. Le moteur à combustion interne comporte en outre ici une ligne de recirculation des gaz brûlés (EGR) qui prend naissance dans la ligne d'échappement, qui débouche dans la ligne d'admission et qui est équipée d'une vanne de régulation du débit des gaz brûlés. Le moteur à combustion interne comporte par ailleurs des injecteurs de carburant qui débouchent dans les cylindres du moteur à combustion interne (injection directe). En variante, on pourra bien sûr prévoir de faire déboucher ces injecteurs de carburant non pas directement dans les cylindres du moteur, mais plutôt en amont des cylindres, dans la ligne d'admission (injection indirecte). Le moteur à combustion interne comporte une unité de pilotage adaptée à piloter les différents organes du moteur, en particulier ici les vannes de régulation des débits de gaz brûlés et d'air frais ainsi que les injecteurs de carburant. Il comporte enfin au moins un capteur situé à l'intérieur de l'un des cylindres, qui est adapté à mesurer différents paramètres thermodynamiques de la combustion du carburant et de l'air frais dans les cylindres. Préférentiellement, il comportera quatre capteurs situés dans les quatre bougies de préchauffage des quatre cylindres du moteur. Ces paramètres thermodynamiques de combustion sont ici formés par : - les pressions maximales atteintes dans les cylindres à chaque cycle du moteur, - les positions angulaires du vilebrequin lorsque les pressions dans les cylindres sont maximales, - les positions angulaires du vilebrequin lorsque la moitié de l'énergie totale de la combustion a été dégagée dans chaque cylindre, - la pression et la température des gaz brûlés rejetés hors des cylindres. L'unité de pilotage est programmée pour mettre en oeuvre le procédé de pilotage représenté sous forme d'algorithme sur les figures 1 et 2. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, ce procédé de pilotage comporte différentes étapes qui seront décrites plus en détail dans la suite de cet exposé, dont : a) une étape d'acquisition d'au moins un écart maximum APollmax relatif à la différence entre les émissions polluantes réelles du moteur et les émissions maximales autorisées, b) une étape de détermination d'une valeur de consigne pCombcons d'au moins un paramètre thermodynamique de la combustion dans le moteur à combustion interne en fonction dudit écart maximum APollmax, c) une étape de mesure sur le moteur à combustion interne d'une valeur réelle pCombfee, dudit paramètre thermodynamique de combustion, d) une étape de calcul d'erreur E entre ladite valeur de consigne NCombcons et ladite valeur réelle pCombfee, dudit paramètre thermodynamique de combustion, e) une étape de pilotage du moteur à combustion interne en fonction de ladite erreur E. Etape a) L'étape a) consiste à acquérir la marge entre les émissions polluantes instantanées du moteur et les émissions maximales autorisées, c'est-à-dire la marge dont on dispose pour modifier le pilotage du moteur sans dépasser les normes anti-pollution. En l'espèce, au cours de l'étape a), l'unité de pilotage acquiert ici une pluralité d'écarts maximums APollmax• Ces écarts maximums correspondent à : - l'écart entre le débit massique réel de monoxyde de carbone CO en sortie du moteur et le débit maximum autorisé correspondant, - l'écart entre le débit massique réel d'oxydes d'azote NOx en sortie du moteur et le débit maximum autorisé correspondant, - l'écart entre le débit massique réel d'hydrocarbure HC en sortie du moteur et le débit maximum autorisé correspondant, - l'écart entre l'intensité sonore émise par la combustion du carburant et de l'air frais dans le moteur à combustion interne et l'intensité sonore maximale autorisée. En variante, on pourrait prévoir d'acquérir d'autres écarts maximums relatifs à d'autres polluants émis par le moteur à combustion interne, tels que les particules polluantes. On pourrait également prévoir de déterminer l'écart relatif à l'intensité sonore globale émise par le véhicule automobile. Les méthodes d'acquisition de ces écarts étant bien connues de l'homme du métier, elles ne seront pas ici décrites plus en détail. Etape b) L'étape b) consiste à évaluer les paramètres thermodynamiques de combustion qu'il faudrait que le moteur présente dans chacun de ces cylindres afin d'accroître son rendement sans pour autant provoquer un dépassement des normes anti-pollution. Cette seconde étape est réalisée en plusieurs opérations successives. Opération b.1) La première opération consiste à évaluer dans quelle mesure il est possible de modifier la consigne de pilotage de chaque organe du moteur pour en améliorer le comportement, sans pour autant dépasser les normes anti-pollution. Ces paramètres de pilotage sont ici la quantité d'air frais injectée dans le moteur (ou, en variante, les taux d'ouverture des vannes de régulation des débits d'air frais et de gaz brûlés) et les moments et durées d'injection de carburant dans les cylindres. En l'espèce, l'unité de pilotage comporte ici en mémoire une cartographie prédéterminée, c'est-à-dire élaborée en amont par expérience métier, qui associe à chaque point de fonctionnement du moteur (et donc à chaque écart maximum APollmax), une valeur de la variation SPiloteäa, à apporter à chaque paramètre de pilotage pour améliorer le comportement du moteur à combustion interne. Opération b.2) La seconde opération consiste à calculer des paramètres thermodynamiques de combustion évalués pCombeva,, c'est-à-dire à estimer les paramètres thermodynamiques de combustion que présenterait le moteur si on le pilotait suivant les variations SPilotevai précitées. Ces paramètres thermodynamiques de combustion évalués NCombeva, sont ici directement déduits des variations SPilotevai précitées, au moyen d'un modèle de combustion prédéterminé. Ce modèle de combustion est ici un modèle statique, correspondant à une cartographie mémorisée par l'unité de pilotage, associant à chaque variation SPiloteval d'un paramètre de pilotage un paramètre thermodynamique de combustion évalué NCombeva,. Opération b.3) La troisième opération consiste à calculer les écarts prévisionnels APollca, entre, d'une part, les débits massiques de sortie des éléments polluants (CO, Nox, HC, ...) qui surviendraient si le moteur était piloté suivant les variations SPiloteva,, et, d'autre part, les débits massiques réels (c'est-à-dire instantanés) de sortie de ces éléments polluants. Ces écarts prévisionnels APollca, sont ici directement déduits des paramètres thermodynamiques de combustion évalués NCombeval, au moyen d'un modèle de polluants prédéterminé. Ici également, ce modèle de polluants sera statique. Opération b.4) La quatrième opération consiste à déterminer si la variation SPiloteva, des paramètres de pilotage évaluée à l'étape b.1) engendrerait ou non un dépassement des normes anti-pollution. A cet effet, l'unité de pilotage est programmée pour comparer deux à deux les écarts maximum APollmax obtenus à l'étape a) et les écarts provisionnels APollcal calculés au cours de l'opération b.3). Si l'écart prévisionnel APollca, relatif à l'un au moins des éléments polluants (HC, Nox, CO, ...) est supérieur à l'écart maximum APollmax correspondant, l'unité de pilotage recommence les opérations b.1) à b.4) en choisissant des valeurs de variations SPiloteva, autres, par exemple plus faibles que celles choisies initialement. En effet, si le moteur était piloté suivant ces variations SPiloteäai de paramètres de pilotage, le moteur risquerait de dépasser les normes anti-pollution. En revanche, si l'ensemble des écarts prévisionnels APollca, sont inférieurs aux écarts maximums APollmax correspondants, l'unité de pilotage valide cette quatrième opération et procède à l'opération b.5). Opération b.5) La cinquième opération consiste à calculer le rendement estimé iComb de la combustion que présenterait le moteur si on appliquait à ses paramètres de pilotage les variations ÔPiloteva,. A cet effet, l'unité de pilotage est programmée pour déduire le rendement estimé rlComb de la combustion en fonction des variations SPiloteäa,, au moyen d'un modèle de consommation prédéterminé. Opération b.6 La sixième opération consiste à déterminer si la variation SPiloteVa, des paramètres de pilotage évaluée à l'étape b.1) engendrerait ou non une amélioration sensible du rendement de la combustion dans le moteur. A cet effet, l'unité de pilotage compare la valeur 1Comb calculée à l'étape b.5) avec une valeur seuil. Cette valeur seuil pourra par exemple être formée par le rendement instantané du moteur. Si le rendement estimé iComb est inférieur à la valeur seuil, l'unité de pilotage recommence les opérations b.1) à b.5) en choisissant des valeurs de variations SPiloteVa, autres, par exemple plus grandes que celles choisies initialement. En effet, cela signifie que si on pilotait le moteur suivant les variations SPiloteäa, initialement choisies, le rendement de la combustion diminuerait. Lors de cette nouvelle itération des opérations b.1) à b.5), le nouveau seuil pourra être choisi égal à ce rendement estimé 1Comb. En revanche, si le rendement estimé iComb est supérieur à la valeur seuil, l'unité de pilotage valide cette sixième opération et procède à l'opération b.7). Opération b.7) Suite aux opérations b.4) et b.6), l'unité de pilotage valide les valeurs des variations SPiloteVa, estimées au cours de l'opération b.1) comme étant les variations optimales SPilotopt à appliquer aux paramètres de pilotage pour accroître le rendement de la combustion sans pour autant dépasser les normes anti- pollution. En variante, les opérations b.2) à b.6), pourront être réalisées non pas à l'aide de modèles statiques, mais à l'aide d'un modèle dynamique, formé par un algorithme mémorisé dans l'unité de pilotage. Un tel algorithme permettra de converger vers un rendement via différentes méthodes d'optimisation, de type dichotomie, gradient... Cet algorithme exploitera alors les modèles de combustion, de polluants et de consommation précités. Opération b. 8) Au cours de cette opération, l'unité de pilotage détermine les consignes optimales des paramètres de pilotage pPilotopt, en appliquant ces variations optimales bPilotopt aux consignes instantanées des paramètres de pilotage de moteur. Opération b.9 Au cours de la neuvième opération, l'unité de pilotage calcule les valeurs de consigne pComboons des paramètres thermodynamiques de combustion. Ces valeurs de consigne pComb.s sont ici directement déduites des consignes optimales des paramètres de pilotage pPilotopt, au moyen du modèle de combustion précité. Etape c) Au cours des étapes c) à e), le moteur va être piloté de manière que les valeurs mesurées dans les cylindres des paramètres thermodynamiques de combustion atteignent les valeurs de consigne pCombCOns déterminées à l'étape b). L'unité de pilotage mémorise à cet effet un algorithme de pilotage du moteur à combustion interne fonctionnant en boucle fermée. Cet algorithme est présenté sur la figure 2. Les valeurs de consigne pComboons déterminées à l'étape b) correspondent au signal d'entrée de cette boucle fermée. Elles sont comparées avec les valeurs réelles pCombree, des paramètres de pilotage, mesurées directement dans les cylindres par les capteurs précités. Etape d) Connaissant les valeurs de consigne pComboons calculées et les valeurs réelles pCombreei mesurées des paramètres thermodynamiques de combustion, l'unité de pilotage procède au calcul d'erreurs e entre ces valeurs de manière à recaler en temps réel le pilotage des organes du moteur. Ces erreurs sont ensuite lissées par un régulateur, de type par exemple proportionnel intégral. Elles sont ensuite utilisées pour calculer les variations des paramètres de pilotage SPilotree, à appliquer au moteur, au moyen d'un modèle de combustion inversé . Etape e) Les variations des paramètres de pilotage SPilotree, sont alors appliquées au moteur, ce qui permet de diminuer sa consommation en carburant sans pour autant dépasser les normes anti-pollution prescrites. De ce fait, le comportement du moteur évolue en temps réel et peut être corrigé à chaque cycle thermodynamique grâce à la boucle fermée de l'algorithme de pilotage du moteur. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. REVENDICATIONS1. Procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne, comportant : a) une étape d'acquisition d'au moins un écart maximum (APollmax) relatif à la différence entre les émissions polluantes réelles du moteur et les émissions maximales autorisées, b) une étape de détermination d'une valeur de consigne (pCombcons) d'au moins un paramètre thermodynamique de la combustion dans le moteur à combustion interne en fonction dudit écart maximum (APollmax), c) une étape de mesure sur le moteur à combustion interne d'une valeur réelle (pCombree,) dudit paramètre thermodynamique de combustion, d) une étape de calcul d'erreur (E) entre ladite valeur de consigne (pCombcons) et ladite valeur réelle (pCombree1) dudit paramètre thermodynamique de combustion, e) une étape de pilotage du moteur à combustion interne en fonction de ladite erreur (E). 2. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, dans lequel, à l'étape b), - on évalue une variation (SPiloteval) à apporter à au moins un paramètre de pilotage du moteur à combustion interne pour augmenter le rendement de la combustion du moteur à combustion interne, - on vérifie, en fonction dudit écart maximum (APollmax), que ladite variation (SPiloteval) de paramètre de pilotage ne risque pas d'engendrer un dépassement des émissions polluantes maximales autorisées, et - s'il n'existe aucun risque de dépassement, on calcule la valeur de consigne (pCombcons) dudit paramètre thermodynamique de combustion en fonction de ladite variation (SPiloteva,) de paramètre de pilotage. 3. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, dans lequel s'il existe un risque de dépassement, on répète l'étape b) en évaluant une nouvelle variation (SPiloteval) à apporter au paramètre de pilotage. 4. Procédé de pilotage selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel, pour vérifier que ladite variation (SPiloteäa,) de paramètre de pilotage ne risque pas d'engendrer un dépassement des émissions polluantes maximales autorisées, -on calcule un écart prévisionnel (APollca,) relatif à la différence entre, d'une part, les émissions polluantes que présenterait le moteur s'il était pilotésuivant ladite variation (BPiloteäai) de paramètre de pilotage, et, d'autre part, les émissions polluantes réelles du moteur, et - on compare ledit écart prévisionnel (APollcai) avec l'écart maximum (APollmax) acquis à l'étape a). 5. Procédé de pilotage selon l'une des trois revendications précédentes, dans lequel, à l'étape b), préalablement au calcul de la valeur de consigne (pCombcons), on vérifie par calcul que ladite variation (SPiloteäa,) de paramètre de pilotage ne risque pas d'engendrer une réduction du rendement (1Comb) de la combustion du moteur à combustion interne. 6. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, à l'étape a), les émissions polluantes comprennent les émissions en particules et/ou en hydrocarbure et/ou en monoxyde de carbone et/ou en oxyde d'azote du moteur, et/ou l'intensité sonore émise par le moteur et/ou le bruit de combustion du moteur. 7. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit paramètre thermodynamique de combustion correspond à la pression maximale dans un cylindre du moteur à combustion interne et/ou à l'angle du vilebrequin lorsque la pression est maximale dans le cylindre et/ou à la température des gaz brûlés rejetés hors du cylindre et/ou à la pression des gaz brûlés rejetés hors du cylindre et/ou à l'angle du vilebrequin lorsque la moitié de l'énergie totale de la combustion a été dégagée dans le cylindre. 8. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, à l'étape e), on pilote le débit d'air frais injecté dans les cylindres du moteur à combustion interne et/ou le débit de carburant injecté dans les cylindres et/ou le temps d'avance à l'injection du carburant dans les cylindres. 9. Moteur à combustion interne comportant, d'une part, un bloc-cylindres qui définit au moins un cylindre équipé d'un capteur de pression, et, d'autre part, une unité de pilotage raccordée audit capteur de pression, caractérisé en ce que ladite unité de pilotage est adaptée à mettre en oeuvre un procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes.