Brevet FR3075883A1 — publié le 20190628

- 1 - PROCEDE DE CONTROLE DE LA COMBUSTION D'UN MOTEUR A ALLUMAGE PAR COMPRESSION DE VEHICULE AUTOMOBILE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de contrôle de la combustion d'un moteur à allumage par compression (du type diesel) de véhicule automobile. Elle concerne plus précisément le contrôle des transitions entre différents modes de combustion d'un tel moteur, comprenant au moins un premier mode classique de combustion à charge stratifiée du moteur et un second mode de combustion quasi homogène, c'est-à-dire à charge partiellement pré-mélangée, dit aussi mode de combustion « mild HCCI » (de l'acronyme anglais pour : Homogeneous Charge Compression Ignition). ETAT DE LA TECHNIQUE Un moteur à combustion homogène (ou : moteur HCCI) est un type de moteur à combustion interne à allumage par compression (c'est-à-dire du type diesel), dans lequel le mélange air-carburant est rendu le plus homogène possible, comme dans les moteurs à allumage commandé (du type fonctionnant à l'essence), et qui est comprimé assez fortement pour permettre l'auto-allumage du mélange, comme dans les moteurs diesel classiques à charge stratifiée. Contrairement à ces derniers, pour lesquels la combustion démarre aux frontières entre l'air et le carburant injecté, la combustion dans un moteur HCCI débute en plusieurs endroits à la fois, ce qui provoque une combustion de la totalité du mélange air-carburant presque simultanée. Cela permet d'obtenir des émissions d'oxydes d'azote (NO) extrêmement faibles, ce qui est particulièrement avantageux dans un contexte législatif de limitation toujours plus stricte des émissions polluantes des véhicules automobiles. Toutefois, il est connu que pour son fonctionnement, un tel moteur HCCI nécessite une modification profonde de la géométrie des chambres de combustion du moteur par rapport à un moteur diesel classique fonctionnant à charge stratifiée. En effet, pour que le mélange air-carburant puisse être aussi homogène que possible, le carburant est injecté dès le début du temps de compression du moteur, par exemple peu après le point mort bas (PMB) du piston dans la chambre de combustion considérée. Pour que le carburant ait le temps de se mélanger de manière homogène - 2 - à l'air pendant la durée du temps de compression du cycle moteur, c'est-à-dire pendant le remontée du piston depuis le PMB jusqu'au point mort haut (PMH) qui marque le début du temps de combustion-détente dans le cylindre, il convient qu'il puisse pénétrer aussi profondément que possible dans le fond de la chambre de 5 combustion qui est matérialisé par la tête de piston au PMB, ce qui conduit à modifier la forme du bol de piston, et également l'angle de jet de carburant dans la chambre. La figure 1 illustre les différences de géométrie qu'il faut apporter à un moteur à combustion homogène par rapport à un moteur conventionnel à combustion stratifiée. L'axe AA représente l'axe central de symétrie d'un piston dans une chambre 10 de combustion. A la droite de cet axe, on a représenté schématiquement la forme du bol 1 d'un piston, relativement peu profond, pour un moteur fonctionnant à charge stratifiée. Le jet de carburant représenté par la flèche de droite montre qu'on peut avoir une direction du jet relativement écartée de l'axe du piston (ici, présentant un angle de 75 degrés par rapport à l'axe de symétrie). A la gauche de l'axe, on a représenté 15 schématiquement la forme d'un bol 2 de piston nécessaire pour un moteur à combustion homogène (HCCI). Le bol 2 du piston est plus profond que pour un moteur conventionnel à charge stratifiée. D'autre part, le jet de carburant représenté par la flèche de gauche indique qu'on doit avoir une direction de jet nettement plus centrée sur l'axe central de symétrie du piston, la direction du jet formant un angle inférieur à 20 50 degrés par rapport à l'axe. De telles modifications sont lourdes. En outre, comme le mode de combustion homogène (HCCI) n'est pas utilisable sur la totalité du champ de fonctionnement du moteur, c'est-à-dire pour la totalité des points de fonctionnement régime-charge du moteur, à cause notamment de problèmes de stabilité de combustion, il convient de 25 continuer de contrôler le moteur dans un mode de combustion à charge stratifiée pour les points de fonctionnement qui sont incompatibles avec le mode de combustion à charge homogène, mais la géométrie modifiée pour la combustion HCCI est alors très désavantageuse pour ce mode de combustion conventionnel. Pour pallier les difficultés liées à la compatibilité de la géométrie de la chambre 30 de combustion avec les deux types de combustion stratifiée et homogène, une solution de compromis consiste à conserver la géométrie classique de la chambre de combustion (représentée à la partie droite de la figure 1) et à remplacer le mode de combustion homogène (HCCI) par un mode de combustion quasi homogène (dit aussi « mild HCCI » en langue anglaise), dans lequel la charge est partiellement pré- 35 mélangée, l'injection de carburant étant réalisée différemment par rapport à un moteur - 3 - à combustion homogène, comme on le décrit maintenant à l'appui de la figure 2. Dans un mode de combustion à charge stratifiée, l'injection de carburant comporte au moins une injection principale 3 au voisinage du PMH du piston. Elle peut aussi comporter, avant l'injection principale, la pré-injection 4 d'au moins une quantité 5 significativement plus faible de carburant, qui est séparée de l'injection principale par une durée pendant laquelle l'injecteur de carburant reste fermé et aucun carburant n'est injecté. Sur la figure 2, on a représenté deux pré-injections successives. L'injection peut encore comprendre, comme sur la figure 2, au moins une post-injection 5 d'une faible quantité de carburant. 10 Comme il a été mentionné plus haut, dans le mode de combustion à charge homogène, le carburant est entièrement injecté peu après le PMB, c'est-à-dire par exemple à partir de 180 degrés d'angle de vilebrequin (° vlb) avant le PMH. Dans le mode de combustion à charge partiellement pré-mélangée (« mild HCCI »), l'injection de carburant est répartie en sensiblement deux demi-séquences 15 d'injection 6,7 successives. La première demi-injection 6 principale est une injection pilote 6, qui correspond à une grosse pré-injection, et qui intervient plus tard dans le cycle de combustion que dans le cas de la combustion à charge homogène. Elle débute par exemple dans le dernier quart de tour du vilebrequin avant l'atteinte du PMH par le piston et se termine avant que le piston ait atteint le PMH. La deuxième 20 demi-injection 7, qui est l'injection principale 7, débute dans la foulée de l'injection pilote 6 dans la dernière phase de la remontée du piston vers le PMH, et elle est centrée sur le PMH. A titre d'exemple, on peut retenir les ordres de grandeur suivants pour un moteur à 4 cylindres délivrant un couple de 120 Nm. Dans un mode de combustion à 25 charge stratifiée, on peut prévoir une injection principale d'environ 15 mg / coup, une première pré-injection 4 d'environ 2 mg / coup vers 25°v1b et une deuxième pré-injection 4 d'environ 2 mg / coup également vers 20°vIb. Dans un mode de combustion à charge partiellement pré-mélangée, on prévoira pour le même moteur et le même couple une injection pilote 6 d'environ 10 mg / coup vers 20°v1b puis très 30 rapidement après la fermeture de l'injecteur une réouverture de l'injecteur et une injection principale 7 d'environ 10 mg / coup également. Dans le mode de combustion à charge partiellement pré-mélangée, on parvient grâce à une pression d'injection élevée à homogénéiser au moins partiellement le carburant qui est injecté lors de la fin de la remontée du piston vers le PMH, c'est-à- 35 dire le carburant injecté lors de l'injection pilote 6, la deuxième demi-injection 7 (c'est- - 4 - à-dire l'injection principale 7) permettant d'absorber le gradient de montée en pression dans le cylindre du moteur et de calmer le bruit. Toutefois, comme pour le mode homogène (HCCI), ce mode de combustion à charge partiellement pré-mélangée, que l'on peut qualifier de quasi homogène (« mild HCCI ») n'est pas utilisable sur la totalité 5 du champ du moteur, en raison d'une instabilité inhérente à ce mode de combustion, qui entraîne pour les occupants du véhicule sur lequel le moteur est monté, des risques inacceptables d'à-coups et de bruit, même sur un point de fonctionnement régime - charge stabilisé du moteur. On a représenté sur la figure 2 une zone du champ moteur sur laquelle on peut 10 contrôler le moteur selon un mode de combustion à charge partiellement pré- mélangée, c'est-à-dire un sous-ensemble de points de fonctionnement régime-charge du champ moteur sur lequel ce mode est disponible. Il s'agit d'une portion du champ complet qui correspond à un fonctionnement du moteur à des régimes N intermédiaires et à des charges moyennes C, dans laquelle on estime, par exemple 15 d'après des évaluations subjectives par des utilisateurs, que la perception des instabilités et du bruit dans le véhicule est acceptable. En dehors de ce sous-ensemble du champ moteur, le moteur est obligatoirement réglé dans le mode de combustion à charge stratifiée. En outre, le mode de combustion à charge partiellement pré-mélangée ne peut pas être mis en oeuvre à froid, donc il faut par 20 exemple vérifier que la température d'eau T', du moteur est supérieure à un seuil pour le mettre en oeuvre. Néanmoins, comme le mode de combustion à charge partiellement pré-mélangée entraîne un niveau d'instabilités et de bruit qui, bien qu'il soit est jugé acceptable par l'utilisateur sur un point de fonctionnement stabilisé de la zone 25 considérée, n'en reste pas moins nettement plus élevé que le niveau d'instabilités et du bruit sur les autres points de fonctionnement du moteur qui sont en hors zone, une transition entre les différents modes de combustion risque par contraste d'être jugée inacceptable si aucune précaution n'est prise. En outre, même sur un point de fonctionnement régime -charge stabilisé de la zone sur laquelle le mode à combustion 30 partiellement pré-mélangée peut être mise en oeuvre, il se peut encore que des instabilités surviennent à cause de phénomènes de dispersion de cycle à cycle. RESUME DE L'INVENTION 35 L'invention propose de remédier aux défauts liés aux procédés de contrôle - 5 - connus des moteurs à allumage commandé pouvant fonctionner selon un premier mode de combustion à charge stratifiée et selon un selon un deuxième mode de combustion à charge partiellement pré-mélangée, de manière à ne pas aggraver les problèmes d'instabilités inhérents au deuxième mode de combustion. 5 Elle propose pour cela un procédé de contrôle de la combustion d'un moteur à allumage par compression de véhicule automobile, ledit moteur pouvant être associé à un piège à oxydes d'azote, ledit moteur étant apte à fonctionner selon un premier mode de combustion à charge stratifiée sur la totalité du champ de fonctionnement du moteur, et selon un deuxième mode de combustion à charge partiellement pré- 10 mélangée sur un sous-ensemble limité de points de fonctionnement du moteur, ledit procédé comprenant : - Une étape de transition du premier mode vers le deuxième mode lorsqu'au moins le point de fonctionnement régime-charge courant du moteur entre dans ledit sous-ensemble et que le moteur fonctionne à chaud ; et, 15 - Une étape de transition du deuxième mode vers le premier mode dès que le point de fonctionnement régime-charge courant du moteur sort dudit sous-ensemble. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que : - Le procédé comprend en outre une étape au cours de laquelle on vérifie si les deux inéquations suivantes sont vérifiées : 20 (Inequ.1) Mair Mair,sp I REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle de la combustion d'un moteur à allumage par compression de véhicule automobile, ledit moteur pouvant être associé à un piège à oxydes d'azote, ledit moteur étant apte à fonctionner selon un premier mode de combustion à charge stratifiée sur la totalité du champ de fonctionnement du moteur, et selon un deuxième mode de combustion à charge partiellement pré-mélangée sur un sous-ensemble limité de points de fonctionnement régime-charge du champ moteur, ledit procédé comprenant : une étape de transition du premier mode vers le deuxième mode lorsqu'au moins le point de fonctionnement régime-charge courant du moteur entre dans ledit sous-ensemble et que le moteur fonctionne à chaud ; une étape de transition du deuxième mode vers le premier mode dès que le point de fonctionnement régime-charge courant du moteur sort dudit sous-ensemble ; CARACTERISE EN CE QUE: le procédé comprend en outre une étape (500,1000) au cours de laquelle on vérifie si les deux inéquations suivantes sont vérifiées : (Inequ.1) Mair Mair,sp I 2. 10 3. 15 4. 20 25 5. 30 6. 35 que l'une au moins des deux inéquations n'est pas vérifiée ; le procédé comprend en outre, quand le moteur est réglé dans le deuxième mode de combustion, une étape (1400) de vérification d'un paramètre représentatif de la stabilité de la combustion, la transition du deuxième mode vers le premier mode étant provoquée dès que la stabilité n'est plus assurée. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre représentatif de la quantité d'air (Mair) dans le moteur est une pression de suralimentation du moteur, et que le paramètre représentatif de la quantité de gaz d'échappement dans le moteur est une position d'une vanne de recirculation des gaz d'échappement à l'admission du moteur. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de vérification (1400) de la stabilité de combustion du moteur consiste à comparer la différence entre la covariance de la valeur d'une pression moyenne indiquée (PMI) dans chaque cylindre du moteur et une valeur de consigne (PMI) de ladite pression, à un troisième seuil (S") prédéterminé, la stabilité n'étant plus assurée si ladite différence n'est pas inférieure audit troisième seuil. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, quand le moteur est réglé dans le deuxième mode de combustion, une étape de détermination de la valeur courante d'un centroïde de combustion (CA50), une étape de comparaison de la différence de ladite valeur et d'une valeur de consigne dudit centroïde de combustion (CA50,p) à un seuil, la transition dudit deuxième mode vers le premier mode étant provoquée dès que ladite différence n'est pas inférieure audit seuil. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, quand le moteur est réglé dans un mode supplémentaire de combustion à charge stratifiée en mélange riche pour régénérer un piège à oxydes d'azote associé au moteur, si le point de fonctionnement régime-charge du moteur entre dans ledit sous-ensemble, on procède d'abord à une transition de la combustion dans le premier mode, puis à une transition dans le deuxième mode après une durée prédéterminée. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, quand le moteur est réglé dans le deuxième mode, si un besoin de régénérer un piège à oxydes d'azote associé au moteur est détecté, on procède d'abord à une - 16 - transition de la combustion du moteur dans le premier mode, puis à une transition dans le mode additionnel de régénération du piège après une durée prédéterminée.