Brevet FR3156833A1 — publié le 20250620

Procédé de commande d’un moteur à combustion interne, comprenant des cylindres conçus pour permettre la réalisation d’une combustion stratifiée, comprenant les étapes suivantes, pour chaque cycle de combustion : détermination (31) du nombre de motifs d’injection et de combustion à réaliser, détermination (32) de la quantité de carburant à injecter à chaque injection en divisant la quantité de carburant à injecter dans le cycle de combustion divisé par le nombre de motifs à réaliser, détermination (33) de l’instant de chaque motif en fonction de l’angle de vilebrequin, ledit instant de chaque motif étant compris entre le point mort bas d’admission et point mort haut de combustion du cycle de combustion, commande (34) du circuit d’injection de carburant et du moyen d’allumage afin de réaliser les motifs en fonction de l’angle de vilebrequin, de la quantité de carburant à injecter par motif et de l’instant de chaque motif. Figure pour l’abrégé : Fig 4 Procédé de commande d’un moteur à combustion interne en combustion stratifiée pour la réduction du bruit de cliquetis et groupe motopropulseur correspondant L’invention a pour domaine technique les moteurs à combustion interne à allumage commandé à injection directe. Techniques antérieures La figure FIG. 1 illustre un moteur à combustion interne et à allumage commandé 1 comprenant au moins trois cylindres 2 reliés par un répartiteur, ou collecteur d’admission 3 à un circuit d’admission et par un collecteur d’échappement 4 à circuit d’échappement. Sur cet exemple, il s’agit d’un moteur suralimenté par un turbocompresseur. Chaque cylindre 2 est muni d’un injecteur de carburant relié à un circuit d’alimentation en carburant, de soupapes d’admission débouchant dans le répartiteur, ou collecteur d’admission et de soupapes d’échappement débouchant dans le collecteur d’échappement. Chaque cylindre 2 est également muni d’un piston permettant de comprimer le mélange air/carburant avant l’allumage, et de transmettre la quantité de mouvement générée par l’allumage à un vilebrequin du moteur. Une bougie d’allumage est également prévue pour allumer le mélange air/carburant. Le circuit d’admission comprend une admission d’air frais 5, généralement munie d’un filtre à air 5a, relié à l’entrée d’un compresseur 6a d’un turbocompresseur 6. La sortie du compresseur 6a est reliée à une vanne d’admission 7, notamment de type boitier papillon, elle-même reliée au répartiteur 3. Un refroidisseur d’air de suralimentation 8 est disposé entre le compresseur et la vanne d’admission. Le collecteur d’échappement est relié à l’entrée d’une turbine 6b du turbocompresseur 6, la sortie de la turbine 6b étant reliée à une mise à l’air libre 9 par l’intermédiaire d’un système de dépollution 10 comprenant notamment un filtre à particules et un catalyseur trois voies. L’état de l’art consiste en l’allumage d’un mélange homogène air/carburant en fonction de l’angle du vilebrequin. L’injection de carburant, du type injection directe, se fait directement dans la chambre de combustion, définie par le volume du cylindre délimité par le piston et dans lequel débouchent l’injecteur de carburant, les soupapes et le moyen d’allumage. L’injection a lieu en début de cycle avant le point mort bas d’admission PMB admission. La quantité de carburant injecté est pilotée par un calculateur du moteur à combustion interne pour assurer un mélange air/carburant à la stœchiométrie (i.e. richesse égale à 1). Cette injection a lieu par exemple assez tôt dans le cycle, pendant le temps d’admission du cycle à 4 temps, avant le Point Mort Bas PMB d’admission. Le mélange alors obtenu est bien homogène au moment de l’allumage qui a lieu vers la fin du temps de compression. Par exemple, le moment de l’allumage a lieu à 20°Vil avant le Point Mort Haut PMH de combustion. Cet allumage est réalisé par la bougie qui est également pilotée par le calculateur du moteur via une bobine d’allumage. Bien que très performant, ce type de commande présente un phénomène de combustion dit de « cliquetis » bien connu sur les moteurs à allumage commandé. Le cliquetis apparaît à partir d’un certain niveau de charge du moteur quand les conditions de pression et température dans le cylindre sont élevées. Cela arrive typiquement quand la pression dans le répartiteur, ou collecteur d’admission Pcol dépasse une valeur absolue de 1 bar, ce qui se produit sur certains points de fonctionnement d’un moteur suralimenté. Ce phénomène anormal est une auto-inflammation du mélange après l’allumage à plusieurs endroits dans la chambre de combustion avant que le front de flamme ait brûlé le carburant par combustion dite de diffusion, qui est le mode de combustion normal sur moteur à allumage commandé. On peut observer ce phénomène sur un graphique illustrant la pression dans le cylindre Pcyl en fonction de l’angle vilebrequin °Vil. On observe alors de fortes oscillations de pression superposées à la variation attendue de la pression au cours du cycle. La figure FIG. 3 illustre une telle courbe en tirets et portant la référence 20. Ce phénomène conduit notamment à générer du bruit, dit bruit de cliquetis, à la sonorité « métallique » et perceptible par le client. Le cliquetis est aussi la source d’une dégradation voire d’une destruction du piston. Il est alors nécessaire de réduire l’avance à l’allumage pour contrer ce phénomène, ce qui dégrade le rendement du moteur (consommation de carburant plus élevée) et limite les performances maximales. Avec l’avènement des moteurs à haut rendement effectif fonctionnant suivant les cycles dits de « Miller » ou d’« Atkinson », le problème de cliquetis est encore plus présent à forte et pleine charge. Cela est dû au fait que ces procédés utilisent de forts niveaux de Rapport Volumétrique de Compression (RVC compris entre 12 et 14 contre environ 10 habituellement), qui sont très défavorables pour le cliquetis. En effet, ces forts niveaux augmentent la pression et la température dans la chambre de combustion. Le gain de rendement lié au RVC augmenté est donc minoré par le besoin de réduire l’avance à l’allumage pour contrer le cliquetis dans la zone critique. On ne profite donc pas de l’intégralité du gain en rendement associé à ces procédés. La consommation de carburant n’est donc pas optimale, et il en est de même pour les émissions de dioxyde de carbone , qui sont par ailleurs de plus en plus contraintes par la réglementation. Il existe donc un besoin pour une réduction du cliquetis sur les moteurs à combustion interne et à allumage commandé. De l’état de la technique antérieure, on connait le document EP1770256B1 divulguant un procédé de fonctionnement d’un moteur en mélange stratifié dans lequel l’injection de carburant est réalisée en deux séquences distinctes successives, pendant le temps de compression, avant l’allumage. On connait également le document DE102004017988A1 divulguant un procédé de fonctionnement d’un moteur en mélange stratifié dans lequel l’injection comporte une première séquence d’injection réalisée pendant le temps d’admission, puis une deuxième séquence d’injection principale réalisée pendant le temps de compression. Il est prévu que la séquence d’injection principale puisse être découpée en plusieurs phases consécutives (2 ou 3). L’allumage est réalisé au voisinage du point mort haut de fin de compression. Quand il y a deux phases d’injection, l’allumage peut intervenir après les deux phases ou entre la première phase et la deuxième phase. Quand il y a trois phases, l’allumage peut intervenir après les trois, ou entre la première phase et la deuxième phase, ou entre la deuxième phase et la troisième phase. Dans ces documents, il est prévu un seul allumage. Le problème technique reste inchangé. L’invention a pour objet un procédé de commande d’un moteur à combustion interne, comprenant des cylindres et pistons conçus pour permettre la réalisation d’une combustion stratifiée, comprenant les étapes suivantes, pour chaque cycle de combustion : a. détermination du nombre de motifs d’injection et de combustion à réaliser dans le cycle de combustion, b. détermination de la quantité de carburant à injecter à chaque injection préalable à un motif d’injection et de combustion en divisant la quantité de carburant à injecter dans le cycle de combustion divisé par le nombre de motifs d’injection et de combustion à réaliser dans le cycle de combustion, c. détermination de l’instant de chaque motif d’injection et de combustion en fonction de l’angle de vilebrequin, ledit instant de chaque motif d’injection et de combustion étant compris entre le point mort bas d’admission et point mort haut de combustion du cycle de combustion, d. commande du circuit d’injection de carburant et du moyen d’allumage afin de réaliser les motifs d’injection et de combustion en fonction de l’angle de vilebrequin, de la quantité de carburant à injecter par motif d’injection et de combustion et de l’instant de chaque motif d’injection et de combustion. Avant l’étape de détermination du nombre de motifs d’injection et de combustion à réaliser dans le cycle de combustion, on peut réaliser les étapes suivantes : a. détermination de la présence du point de fonctionnement dans une zone de cliquetis en fonction d’une cartographie prédéterminée acceptant en entrée la charge et la vitesse de rotation du moteur à combustion interne, b. si le point de fonctionnement se trouve dans une zone de cliquetis, commande du moteur à combustion interne en motif d’injection et de combustion et poursuite du procédé par l’étape de détermination du nombre de motifs d’injection et de combustion à réaliser par cycle de combustion, le nombre de motifs d’injection étant au moins égal à deux, chaque injection ayant lieu pendant le temps de compression du cycle moteur et étant suivie d’un allumage. Le nombre de motifs d’injection et de combustion dans un cycle de combustion peut dépendre de la vitesse de rotation et de la charge du moteur à combustion interne. L’invention a également pour objet un groupe motopropulseur pour véhicule automobile, comprenant un moteur à combustion interne muni de cylindres conçus pour une combustion stratifiée, un capteur de vitesse de rotation, une bobine de commande de chaque moyen d’allumage, une pompe à carburant, un actionneur d’injecteur de carburant et une unité de commande électronique du moteur à combustion interne conçue de sorte à réaliser les étapes du procédé de commande tel que décrit ci-dessus. Un injecteur de carburant peut être en position latérale dans la chambre de combustion. Un moyen d’allumage peut être en position centrale dans la chambre de combustion. Chaque tête de piston peut présenter un profil adapté, en forme de bol avec une concavité tournée vers l’injecteur de carburant et le moyen d’allumage, chaque tête de piston permettant de créer un mouvement rotatif perpendiculaire à l’axe du cylindre. Le procédé de commande décrit ci-dessus ne présente pas de surcoût notable par rapport à un procédé de commande selon l’état de la technique et permet de réduire voire de supprimer le cliquetis dans les zones critiques. Il permet de se dispenser de réduire les avances à l’allumage qui dégradent le rendement et les performances du moteur. La consommation de carburant et les émissions de sont réduites. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure FIG. 1 illustre les principaux éléments d’un moteur à combustion interne à suralimentation, - la figure FIG. 2 illustre les principaux éléments d’une chambre de combustion adaptée à la réalisation d’une combustion stratifiée, - la figure FIG. 3 illustre l’évolution de la pression dans le cylindre en fonction de l’angle du vilebrequin pour un moteur commandé selon l’état de l’art et pour un moteur commandé selon l’invention, et - la figure FIG. 4 illustre les principales étapes d’un procédé de commande d’un moteur à combustion interne en combustion stratifiée. Description détaillée Les systèmes de contrôle-moteur récents sont de plus en plus sophistiqués et permettent d’utiliser des stratégies de multi-injections (plusieurs injections par cycle au lieu d’une seule, typiquement jusqu’à 5) et de multi-étincelles (plusieurs allumages par cycle au lieu d’un seul, typiquement jusqu’à 5). Pour réduire voire supprimer le cliquetis dans la zone régime/charge critique, on utilise un schéma d’injection/allumage dit « multi-stratifié » impliquant la réalisation de plusieurs injections et allumages par cycle de combustion en fonction de l’angle du vilebrequin. Pour éviter le phénomène de cliquetis, on injecte progressivement le carburant sous forme de plusieurs injections pendant le temps de compression du cycle, suivies chacune par un allumage. Comme l’injection est découpée, on injecte à chaque fois une quantité de carburant plus faible que celle nécessaire pour avoir un mélange à richesse 1 en moyenne. On compte au moins deux injections. Par exemple, si l’injection est découpée en 3, la première injection présente une richesse moyenne d’environ 0,33 qui ne peut pas brûler car le mélange air-carburant, s’il est homogène, est trop pauvre. Il faut donc utiliser une architecture de chambre de combustion permettant de réaliser une telle combustion « stratifiée », c’est-à-dire dans laquelle la richesse du mélange air-carburant n’est pas homogène. La figure FIG. 2 illustre un cylindre 2 comprenant une culasse 11 et un piston 12 délimitant ensemble la chambre de combustion 13. Au moins une soupape d’admission 16, un moyen d’allumage 15, au moins une soupape d’échappement 14 et un injecteur de carburant 17 disposés dans la culasse 11 sont également illustrés. La chambre de combustion présente la spécificité que le carburant est injecté au plus proche de la bougie via l’interaction entre le jet de carburant (référencé 18), la forme de la tête de piston 12 et l’aérodynamique interne. Plus précisément, la tête de piston présente un profil adapté, en forme de bol avec une concavité tournée vers l’injecteur de carburant 17 (en position latérale dans la chambre de combustion) et le moyen d’allumage 15 (en position centrale dans la chambre de combustion). L’aérodynamique interne implique la création d’un mouvement rotatif, dit de « tumble », perpendiculaire à l’axe du cylindre, du fait de la forme de la tête de piston. Cette architecture de chambre de combustion permet d’obtenir localement un mélange à richesse sensiblement égale à 1, qui peut brûler dès l’allumage par l’étincelle, alors que la richesse sur la totalité de la chambre de combustion est inférieure à 1. D’autres moteurs adaptés à ce type de combustion sont connus de l’état de la technique, on pourra notamment se référer aux dispositifs divulgués dans les documents EP1429010A1 ou EP1770256B1 La courbe montrant l’évolution de la pression dans le cylindre Pcyl en fonction de l’angle de vilebrequin °Vil dans un cylindre d’un moteur à combustion interne commandé par le procédé selon l’invention est illustrée en trait plein sur la figure FIG. 3 et porte la référence 21. La courbe représentée ne présente plus d’oscillations, associées à la présence de cliquetis, à la différence de la même courbe pour un moteur à combustion interne à combustion homogène (en tirets et portant la référence 20). Cette combustion par étapes permet une montée en pression progressive dans le cylindre évitant tout phénomène de cliquetis. Le nombre de motifs « injection + allumage » peut être optimisé en fonction de la vitesse de rotation (également appelée régime) et de la charge du moteur. En dehors de la zone de cliquetis, on peut conserver une stratégie d’injection/allumage classique dite « homogène ». En plus des critères de pression définis ci-dessus, la zone de cliquetis est définie comme une zone de forte charge, notamment à partir de 50% de la pleine charge pour une vitesse de rotation donnée. En variante, ce taux peut varier en fonction de la vitesse de rotation, en étant plus important pour les faibles vitesses de rotation et moins important pour les grandes vitesses de rotation. La figure FIG. 4 illustre le procédé de commande d’un moteur à combustion interne muni de chambres de combustion conçues pour la combustion stratifiée. Pour chaque cycle de combustion, on réalise les étapes suivantes : Au cours d’une première étape 31, on détermine le nombre de motifs d’injection et de combustion à réaliser par cycle de combustion. Le nombre de motifs d’injection et de combustion est notamment prédéterminé et mémorisé. Au cours d’une deuxième étape 32, on détermine la quantité de carburant à injecter à chaque injection préalable à un motif d’injection et de combustion en divisant la quantité de carburant à injecter par cycle de combustion divisé par le nombre de motifs d’injection et de combustion à réaliser par cycle de combustion. Au cours d’une troisième étape 33, on détermine l’instant de chaque motif d’injection et de combustion en fonction de l’angle de vilebrequin °Vil. L’instant de chaque motif d’injection et de combustion étant compris entre le PMB admission et PMH combustion. Au cours d’une quatrième étape 34, on commande le circuit d’injection de carburant et le moyen d’allumage afin de réaliser les motifs d’injection et de combustion en fonction de l’angle de vilebrequin °Vil, de la quantité de carburant à injecter par motif d’injection et de combustion et de l’instant de chaque motif d’injection et de combustion Dans un mode de réalisation particulier, le procédé de commande comprend une étape préliminaire 30, au cours de laquelle on détermine si on se trouve dans la zone de cliquetis en comparant la charge et la vitesse de rotation à une cartographie prédéterminée. Si on ne se trouve pas dans une zone de cliquetis, le moteur à combustion interne est commandé en combustion homogène. Si on se trouve dans une zone de cliquetis, le moteur à combustion interne est commandé en combustion stratifiée, et le procédé de commande se poursuit par la première étape 31. Procédé de commande d’un moteur à combustion interne à allumage commandé, comprenant des cylindres et pistons conçus pour permettre la réalisation d’une combustion stratifiée, comprenant les étapes suivantes, pour chaque cycle de combustion : détermination (31) du nombre de motifs d’injection et de combustion à réaliser dans le cycle de combustion, détermination (32) de la quantité de carburant à injecter à chaque injection préalable à un motif d’injection et de combustion en divisant la quantité de carburant à injecter dans le cycle de combustion divisé par le nombre de motifs d’injection et de combustion à réaliser dans le cycle de combustion, détermination (33) de l’instant de chaque motif d’injection et de combustion en fonction de l’angle de vilebrequin, ledit instant de chaque motif d’injection et de combustion étant compris entre le point mort bas d’admission et point mort haut de combustion du cycle de combustion, commande (34) du circuit d’injection de carburant et du moyen d’allumage afin de réaliser les motifs d’injection et de combustion en fonction de l’angle de vilebrequin, de la quantité de carburant à injecter par motif d’injection et de combustion et de l’instant de chaque motif d’injection et de combustion. Procédé de commande selon la revendication 1, dans lequel, avant l’étape de détermination du nombre de motifs d’injection et de combustion à réaliser dans le cycle de combustion, on réalise les étapes suivantes : détermination de la présence du point de fonctionnement dans une zone de cliquetis en fonction d’une cartographie prédéterminée acceptant en entrée la charge et la vitesse de rotation du moteur à combustion interne, si le point de fonctionnement se trouve dans une zone de cliquetis, commande du moteur à combustion interne en motif d’injection et de combustion et poursuite du procédé par l’étape de détermination du nombre de motifs d’injection et de combustion à réaliser par cycle de combustion, le nombre de motifs d’injection étant au moins égal à deux, chaque injection ayant lieu pendant le temps de compression du cycle de combustion du moteur et étant suivie d’un allumage. Procédé de commande selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le nombre de motifs d’injection et de combustion dans un cycle de combustion dépend de la vitesse de rotation et de la charge du moteur à combustion interne. Groupe motopropulseur pour véhicule automobile, comprenant un moteur à combustion interne muni de cylindres conçus pour une combustion stratifiée, un capteur de vitesse de rotation, une bobine de commande de chaque moyen d’allumage, une pompe à carburant, un actionneur d’injecteur de carburant et une unité de commande électronique du moteur à combustion interne conçue de sorte à réaliser les étapes du procédé de commande tel que revendiqué dans les revendications 1 à 3. Groupe motopropulseur selon la revendication 4, dans lequel un injecteur de carburant (17) est en position latérale dans la chambre de combustion. Groupe motopropulseur selon la revendication 4 ou 5, dans lequel un moyen d’allumage (15) est en position centrale dans la chambre de combustion. Groupe motopropulseur selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel chaque tête de piston présente un profil adapté, en forme de bol avec une concavité tournée vers l’injecteur de carburant (17) et le moyen d’allumage (15), chaque tête de piston permettant de créer un mouvement rotatif perpendiculaire à l’axe du cylindre.