EP2134947A2 - Moteur a combustion interne avec regulation de la quantite de carburant injecte et procede d'elaboration d'une valeur de consigne de carburant injecte - Google Patents

Moteur a combustion interne avec regulation de la quantite de carburant injecte et procede d'elaboration d'une valeur de consigne de carburant injecte

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Publication number
EP2134947A2
EP2134947A2 EP08788109A EP08788109A EP2134947A2 EP 2134947 A2 EP2134947 A2 EP 2134947A2 EP 08788109 A EP08788109 A EP 08788109A EP 08788109 A EP08788109 A EP 08788109A EP 2134947 A2 EP2134947 A2 EP 2134947A2
Authority
EP
European Patent Office
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fuel
value
internal combustion
combustion engine
air ratio
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08788109A
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German (de)
English (en)
Inventor
Laurent Jacquot
Laurence Zettwoog
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to internal combustion engines of the Diesel type equipped with a closed-loop control device of the indicated average torque or of the average pressure indicated in the cylinders with regulation of the quantity of fuel injected with respect to a value of setpoint.
  • the subject of the invention is also a process for producing a reference value of the quantity of fuel injected into the combustion chamber of a cylinder of such a diesel type internal combustion engine.
  • the invention applies to internal combustion engines of the Diesel type with direct or indirect fuel injection and comprising at least one cylinder and generally several cylinders.
  • the invention applies regardless of the type of diesel combustion, whether homogeneous or conventional and in particular the HCCI type engine. .
  • the driver's request can be translated into torque and can be used directly as a reference value for the control system.
  • the quantity to be injected is predefined in advance and the motor does not have information to check whether the quantity actually injected is correct.
  • the proportion of air admitted into the cylinder always corresponds to the proportion of fuel required to achieve a desired richness, even in the event of significant variations in torque demand from the driver of the vehicle.
  • the regulation can be improved and the differences can be avoided from one engine to another in order to better control the combustion by using a regulation of the quantity of fuel to be injected in a closed loop.
  • JP 2,337,194 (Sanshin)
  • US 6,095,127 (Ford Global)
  • JP 05
  • Spark ignition engines are also known comprising a regulation of the air / fuel ratio as a function of the pressure measured in the cylinder (see in particular WO 2006/054 794 (Toyota) Japanese Patent Application JP 2002 354 450 (NGK) is also relates to a spark ignition engine and describes a device for controlling and regulating combustion from a measurement of the pressure in the cylinder.
  • German Patent Application DE 4 126 182 (Mitsubishi Denki) describes a diesel-type combustion engine comprising a crankshaft angle sensor and a cylinder pressure sensor whose signals are fed to a control device. fuel injection and wealth. Regulation is however in open loop. Finally, it is still known by the US patent application 2005
  • 0229 903 (Toyota), a closed - loop regulation of the quantity of fuel to be injected into a diesel engine using as input signals the pressure measured in the cylinder and the angle of the crankshaft.
  • the injection control is however carried out here by means of a specific and precise phasing of the injection of fuel into the cylinder.
  • the present invention proposes to improve the control devices used in internal combustion engines of diesel type, in particular in the case where it is desired to make the combustion as homogeneous as possible, without risk of damaging the engine. because of a too high richness, especially during transient phases, for example in case of sudden acceleration requested by the driver of the vehicle. It concerns direct injection diesel engines.
  • the present invention aims to enable a real-time control of the engine operation by constantly acting on the operating parameters of the engine, so that it provides at all times optimal performance and remains in a controlled operating range.
  • the object of the invention is also to improve a closed-loop control device of the quantity of fuel injected into the combustion chamber of a diesel-type internal combustion engine cylinder.
  • a diesel type internal combustion engine comprising at least one cylinder with a combustion chamber and a fuel injector, is equipped with a closed-loop control device of the indicated average torque (CMI) or the indicated average pressure (PMI), capable of developing a set value of the quantity of fuel injected.
  • CMI indicated average torque
  • PMI indicated average pressure
  • the regulating device comprises a limiting means capable of comparing the fuel / air ratio in the combustion chamber with a threshold value and of limiting, when said threshold is exceeded, the value of a variable chosen from the set quantity reference.
  • injected fuel the indicated average pressure setpoint (PMI) and the indicated average torque setpoint (MIC).
  • PMI indicated average pressure setpoint
  • MIC indicated average torque setpoint
  • the limiting means is capable of maintaining said variable equal to the value it had a moment ago.
  • the limiting means may also be capable of giving said variable a default value.
  • the internal combustion engine comprises means for determining the fuel / air ratio in the combustion chamber, for example a richness probe, a wealth evaluation device, or a ratio estimation device. fuel / air.
  • the internal combustion engine may further include a cylinder pressure sensor and a crank angle sensor of the engine crankshaft.
  • a method for preparing a set value of the quantity of fuel injected into the combustion chamber of a cylinder of internal combustion engine of the Diesel type in which one compares the fuel / air ratio in the combustion chamber with a threshold value and, depending on the result of the comparison, limits the value of a variable selected from the set fuel quantity injected, the indicated average pressure setpoint (PMI) and the indicated average torque setpoint (MIC).
  • FIG 1 schematically illustrates one of the cylinders of a diesel type internal combustion engine according to the invention
  • FIG. 2 diagrammatically illustrates the main elements of the control device used in an engine according to the invention with limitation of the quantity of fuel injected;
  • FIG. 3 is a diagram showing the various steps of a procedure for limiting the quantity of fuel injected
  • FIG. 4 shows various curves illustrating the influence of a transient variation of the fuel / air ratio with and without the process of limiting the quantity of fuel injected according to the invention
  • FIG. 5 shows another embodiment of a regulating device that can be used in an engine according to the invention
  • FIG. 6 is a diagram showing the limiting strategy applied to the average pressure indicated in the embodiment of FIG. 5;
  • FIG. 7 shows, by different curves, the effect of the limitation on the reference value of the indicated average pressure;
  • FIG. 9 illustrates, by different curves, the effect of the limitation on the reference value of the average pressure indicated in the case of the variant of FIG. 8.
  • FIG. 1 diagrammatically shows in section a cylinder 1 of an internal combustion engine of the Diesel type with a piston 2 defining, with the upper part of the cylinder 1, a combustion chamber 3.
  • the piston 2 is connected to a connecting rod 4, itself driven by a crankshaft 5.
  • the combustion chamber 3 communicates with an intake zone 6 equipped with an intake valve 7 and a zone of combustion.
  • Exhaust 8 equipped with an exhaust valve 9.
  • An injector 10 opens into the upper part of the combustion chamber 3.
  • a sensor 1 1 of the crankshaft angle is capable of delivering information on the rotation of the crankshaft 5 to an electronic control unit 12 for controlling the operation of the engine.
  • a pressure sensor 13 is capable of measuring the pressure in the combustion chamber 3 and delivers a signal to the control unit 12. The latter is capable of transmitting a control signal via a connection 14 to the injector 10.
  • the control of the quantity and the moment of the injection of fuel by the injector 10 is by a regulating device illustrated schematically in FIG. 2.
  • the input quantity of the regulation can be the pressure measured in the combustion chamber by the sensor 13.
  • the control device for example, the indicated average torque (CMI) or the indicated average pressure (PMI) as a set value. These are theoretical nominal values provided by the manufacturer for several engines of different displacements.
  • CMI average torque indicated
  • ⁇ is the angle of the crankshaft measured by the sensor 1 1
  • V 1 is the volume of the combustion chamber of the cylinder i throughout the operating cycle
  • P 1 is the pressure in the combustion chamber of the cylinder i
  • N cy i is the number of cylinders of the engine considered.
  • the indicated average pressure (PMI) is related to the average torque indicated by the formula:
  • V cy i is the unit cubic capacity
  • variable to be regulated is thus a reference quantity of the indicated average pressure (PMI) or the indicated average torque (CMI). which is fed to one of the inputs of the subtractor 15 which also receives on its second input, by the feedback branch 16, the measured value of the same quantity, either the indicated average pressure (PMI) or the indicated average torque ( MIC) determined according to formulas (I) or (II) by the control unit 12.
  • the error signal from the subtractor 15 is fed to a correction device 17 whose output signal is connected to a adder 18 which receives on another input 19 a prepositioning signal which makes it possible to accelerate the dynamics of the control.
  • the signal coming from the adder 18 corresponds to the quantity of fuel that must be injected by the injector 10. This signal is fed to the various injectors 10 of the diesel engine shown schematically by the block 20 in FIG.
  • This control device is completed by a limitation means referenced 21 as a whole in FIG. 2.
  • This limitation means requires knowledge of the fuel / air ratio (or air / fuel ratio). This information can be obtained by means of a richness probe, by an assessment of the richness by means of an exhaust gas analysis device or by an estimate or calculation of the fuel / air ratio. Figure 2 illustrates this latter possibility.
  • the quantity of air admitted into the air cylinder and the quantity of injected fuel q inj are fed to the two inputs of a calculation block 22 which calculates the fuel / air ratio, the value of which is brought to the
  • the block 23 receives on three other inputs: the value q inj of the quantity of fuel injected by the connection 24 at the previous time step in the sampling of the regulating device; a default fuel limitation value which is stored in the memory zone 25 and which is denoted q -lim- limit-fault and a threshold value for the fuel / air ratio stored in the memory zone 26 which is noted threshold-report on This threshold ratio can be easily determined by simple routine tests. It is generally between 1, 5 and 2.
  • the block 23 outputs a set value of the amount of fuel injected which is fed to the input of an activator block 27 which plays a saturation role and which receives on another input the output of the first adder 18. From In this way, the set value of the quantity of fuel injected which is supplied to the injectors of the engine 20 can be either the reference value coming from the calculation block 23 belonging to the limiting means 21, or the reference value coming from the adder 18. In the example illustrated in FIG. 2, the corrector device
  • the saturation means can then use the limitation of the quantity of fuel injected which is brought to it at the output of the limiting means 21 via the connection 28.
  • the set value of the quantity of fuel injected, determined by the Limiting means 21 may be used both at the input of the motor 20 and in the correction device 17 to improve the saturation strategy of the integral part of the control.
  • the quantity of fuel injected is directly limited by opening the control loop in some way by means of the activator block 27, in order to act directly on the
  • the limitation thus made consists in limiting the quantity of fuel injected to the last quantity actually injected before the air / fuel ratio exceeds the stored threshold value.
  • the device operates in a manner that is illustrated in Figure 3, which describes the operation temporally, each time step being noted k.
  • k -1 denotes information given in the previous time.
  • the entire operation can be implemented by hardware means or software.
  • Step 29, visible in FIG. 3 defines the fuel / air ratio at step k.
  • This value was compared in step 30 this value to the value indicated threshold threshold ratio. If the value of the fuel / air ratio is greater than the threshold, the value of an index variable, noted as Index (k), is analyzed.
  • variable Index (k) If the variable Index (k) is equal to 0, it is the first time that the threshold of the fuel / air ratio is exceeded. This information is recorded by assigning the value 1 to the variable Index (k) in step 32. At the same time, the quantity of injected fuel q inj - limit (k) takes the value of the step fuel quantity instruction. previous time, namely q inj- set (k-1), that is to say the value that was before the threshold was exceeded.
  • variable Index (k) 1
  • q inj - limit (k) q inj - limit (k - 1) .
  • step 34 If the fuel / air ratio is below the threshold, proceed to step 34.
  • step 39 is carried out which forces the reference value of the quantity of fuel to the setpoint value before the limiting means, ie the value which appears in FIG. the output of the adder 18.
  • FIG. 4 shows the results that can be obtained thanks to the limitation means associated with the control device as illustrated in FIG. 2 and operating as indicated in FIG.
  • Figure 4 illustrates the curves as a function of time of three quantities which are, for the top graph, the ratio fuel / air, for the graph of the medium, the duration of injection in milliseconds, and for the graph of the bottom , the indicated average pressure (PMI) in bars.
  • dashed the operation of a conventional control device does not include the limitation means 21 shown in Figure 2, and solid lines the operation with the limiting means 21 shown in Figure 2
  • the value of the fuel / air threshold ratio is also shown in phantom.
  • FIG. 5 illustrates another embodiment, in which this time is no longer a direct limitation of the quantity of fuel injected, but on the contrary a limitation of the set value of one of the setpoint variables that constitute the indicated average pressure (MIP) or the indicated average torque (MIC).
  • FIG. 5 does not show, for the sake of simplification, the limitation means 21 which is, however, similar to that illustrated in FIG. 2.
  • the output signal of the limiting means is brought directly to a activation block 40 placed at the input of the regulating device, that is to say at the input of the subtractor 15.
  • the limiting means 21 acts only on the block 40 without modifying the operation of the whole of the regulating device.
  • the structure and operation of the limiting means are substantially similar to those of the previous embodiment.
  • MIP indicated average pressure
  • MIC indicated average torque
  • Figure 7 shows three graphs similar to those of Figure 4 the result obtained on the three variables that are the fuel / air ratio, the injection time and the average pressure indicated.
  • the upper curve shows that at a time corresponding to approximately 5 seconds, a limitation is made on the set value of the indicated average pressure PMI from a threshold value of the fuel / air ratio always set at 1.5. .
  • a retained decrease in the indicated average pressure which tends rapidly to stabilize at a value close to 10 bars.
  • the threshold value exceeds the fuel / air ratio
  • the set value of the indicated average pressure is acted on, thus limiting the increase in the ratio.
  • fuel / air as shown by the solid line curve of the upper graph.
  • the injection time shown in solid lines on the median graph is not kept constant as it was the case in the previous embodiment (median graph of Figure 4), but its increase is however limited.
  • FIG. 8 An alternative embodiment has been illustrated in FIG. 8, where there are similar steps bearing the same references as in FIGS. 3 and 6.
  • the limitation process is done more quickly and without going through the index variable used in the operation illustrated in FIGS. 3 and 6.
  • the set value of the indicated average pressure is directly constrained. saturating it with the limiting value defined previously. In other words, if the indicated average pressure (PMI) is greater than the PMI limit value (k), the indicated average pressure PMI is set to the limit value in step 38. the set value of the indicated average pressure PMI takes the value of the setpoint before the limiting means.
  • the stabilization of the set value of the indicated average pressure is therefore less good than in the operation illustrated in FIGS. 6 and 7.
  • the quantity of fuel injected is smaller, so that the fuel / air ratio is thus more effectively limited.

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Abstract

Le moteur à combustion interne du type Diesel comprend au moins un cylindre avec une chambre de combustion et un injecteur de carburant, et est équipé d'un dispositif de régulation en boucle fermée du couple moyen indiqué (CMI) ou de la pression moyenne indiquée (PMI), capable d' élaborer une valeur de consigne de la quantité de carburant injectée. Le dispositif de régulation comprend un moyen de limitation (21 ) capable de comparer le rapport carburant/air dans la chambre de combustion à une valeur de seuil (25) et de limiter, lorsque ledit seuil est dépassé, la valeur d'une variable choisie parmi la consigne de quantité de carburant injectée, la consigne de pression moyenne indiquée (PMI) et la consigne de couple moyen indiqué (CMI).

Description

Moteur à combustion interne avec régulation de la quantité de carburant injecté et procédé d'élaboration d'une valeur de consigne de carburant injecté.
La présente invention est relative aux moteurs à combustion interne du type Diesel équipés d'un dispositif de régulation en boucle fermée du couple moyen indiqué ou de la pression moyenne indiquée dans les cylindres avec régulation de la quantité de carburant injecté par rapport à une valeur de consigne. L' invention a également pour objet un procédé d' élaboration d'une valeur de consigne de la quantité de carburant injecté dans la chambre de combustion d'un cylindre d'un tel moteur à combustion interne du type Diesel.
L' invention s' applique aux moteurs à combustion interne du type Diesel à injection directe ou indirecte de carburant et comportant au moins un cylindre et généralement plusieurs cylindres . L' invention s' applique quel que soit le type de combustion Diesel, qu'elle soit homogène ou conventionnelle et notamment au moteur du type HCCI. .
L' augmentation de la sévérité des normes antipollution conduit les constructeurs automobiles à chercher à rendre la combustion de plus en plus homogène dans les cylindres, de façon à limiter les rejets de polluants dans l' atmosphère. C'est ainsi que l' on peut prévoir un moyen de mesure ou d' observation de la pression à l'intérieur des cylindres, de façon à élaborer une valeur de consigne dans un système de régulation en boucle fermée pour la quantité de carburant injecté. On peut également déterminer un couple moyen indiqué (CMI) ou une pression moyenne indiquée (PMI) qui représentent des valeurs théoriques recommandées quel que soit le type de moteur considéré.
La demande du conducteur peut être traduite en couple et servir directement de valeur de consigne au système de régulation. Lorsque la commande d' injection du carburant est régulée en boucle ouverte, la quantité à injecter est prédéfinie à l' avance et le moteur ne dispose pas d' informations pour vérifier si la quantité réellement injectée est correcte. De plus, la proportion d' air admise dans le cylindre correspond toujours avec la proportion de carburant nécessaire pour atteindre une richesse souhaitée, et ceci même lors de variations importantes de demande de couple de la part du conducteur du véhicule.
On peut améliorer la régulation et éviter les disparités d'un moteur à un autre afin de mieux maîtriser la combustion en utilisant une régulation de la quantité de carburant à injecter en boucle fermée.
A cet effet, il est nécessaire de prévoir un moyen de mesure ou d' observation de la pression régnant dans le cylindre ou du couple moyen indiqué ou encore de la pression moyenne indiquée.
Dans le but de rendre la combustion la plus homogène possible, on cherche généralement à favoriser le mélange air/carburant. En particulier, on cherche à mélanger le carburant et l' air pendant une durée plus longue avant le début de la combustion dans le cylindre. Une telle augmentation de durée a tendance à favoriser un surplus de carburant pour atteindre une valeur de pression moyenne indiquée (PMI) ou de couple moyen indiqué (CMI) de valeur trop élevée.
L' injection d'une quantité de carburant trop importante peut conduire à des richesses très élevées risquant de détériorer le moteur et entraînant une augmentation des rejets polluants.
On connaît des moteurs comportant des dispositifs de contrôle de l' injection et de la richesse avec des capteurs de pression dans le cylindre et d' angle du vilebrequin du moteur (par exemple JP 01 087 842 (Mitsubishi Electric), GB 8 725 964 (Ford Motor), JP 58 107 826 (Nissan) ou encore DE 4 007 557, DE 4 005 597 et DE 4 000 220 (Mitsubishi Electric)) . Dans d' autres documents, on cherche essentiellement à contrôler la richesse (voir par exemple JP 2005-325 781 (Mitsubishi
Electric), JP 2 337 194 (Sanshin), US 6 095 127 (Ford Global), JP 05
1 13 145 (Fujitsu), JP 05 312 081 (NGK) ou encore JP 63 038 636 (Nissan)) .
On connaît également des moteurs à allumage commandé comportant une régulation du rapport air/carburant en fonction de la pression mesurée dans le cylindre (voir notamment WO 2006/054 794 (Toyota) . La demande de brevet japonais JP 2002 354 450 (NGK) est également relative à un moteur à allumage commandé et décrit un dispositif de contrôle et de régulation de la combustion à partir d'une mesure de la pression régnant dans le cylindre.
La demande de brevet allemand DE 4 126 182 (Mitsubishi Denki) décrit un moteur à combustion de type Diesel comportant un capteur de l' angle du vilebrequin et un capteur de la pression régnant dans le cylindre dont les signaux sont amenés à un dispositif de régulation de l' injection de carburant et de la richesse. La régulation se fait cependant en boucle ouverte. Enfin, on connaît encore, par la demande de brevet US 2005
0229 903 (Toyota), une régulation en boucle fermée de la quantité de carburant à injecter dans un moteur Diesel utilisant comme signaux d' entrée la pression mesurée dans le cylindre et l' angle du vilebrequin. La commande d' injection est cependant ici effectuée au moyen d'un phasage spécifique et précis de l' injection de carburant dans le cylindre.
Une telle stratégie ne pourrait pas être valablement utilisée dans le cas d'une combustion homogène pour un moteur de type Diesel. La présente invention se propose d' améliorer les dispositifs de régulation utilisés dans les moteurs à combustion interne de type Diesel, en particulier dans le cas où l' on cherche à rendre la combustion la plus homogène possible, et ce sans risquer de détériorer le moteur en raison d'une richesse trop élevée, notamment lors de phases transitoires, par exemple en cas d' accélération brusque demandée par le conducteur du véhicule. Elle concerne les moteurs diesel à injection directe.
La présente invention a pour objet de permettre un contrôle du fonctionnement du moteur en temps réel en agissant en permanence sur les paramètres de fonctionnement du moteur, afin que celui-ci fournisse à tout moment des performances optimales et reste dans un domaine de fonctionnement maîtrisé.
L' invention a encore pour objet d' améliorer un dispositif de régulation en boucle fermée de la quantité de carburant injecté dans la chambre de combustion d'un cylindre de moteur à combustion interne de type Diesel.
Selon un mode de réalisation, un moteur à combustion interne du type Diesel comprenant au moins un cylindre avec une chambre de combustion et un injecteur de carburant, est équipé d'un dispositif de régulation en boucle fermée du couple moyen indiqué (CMI) ou de la pression moyenne indiquée (PMI), capable d' élaborer une valeur de consigne de la quantité de carburant injectée.
Le dispositif de régulation comprend un moyen de limitation capable de comparer le rapport carburant/air dans la chambre de combustion à une valeur de seuil et de limiter, lorsque ledit seuil est dépassé, la valeur d'une variable choisie parmi la consigne de quantité de carburant injectée, la consigne de pression moyenne indiquée (PMI) et la consigne de couple moyen indiqué (CMI) . Cette procédure de limitation permet d' éviter une détérioration du moteur ou une augmentation inadmissible des rejets de polluants due à une augmentation excessive de la quantité de carburant injectée.
Dans un mode de réalisation, le moyen de limitation est capable de maintenir ladite variable égale à la valeur qu' elle avait un instant auparavant.
Le moyen de limitation peut également être capable de donner à ladite variable une valeur définie par défaut.
Dans un mode de réalisation, le moteur à combustion interne comprend un moyen de détermination du rapport carburant/air dans la chambre de combustion, par exemple une sonde de richesse, un dispositif d' évaluation de richesse, ou un dispositif d' estimation du rapport carburant/air.
Le moteur à combustion interne peut en outre comprendre un capteur de la pression dans le cylindre et un capteur de l' angle de rotation du vilebrequin du moteur.
Selon un autre aspect de l' invention, il est proposé un procédé d' élaboration d'une valeur de consigne de la quantité de carburant injectée dans la chambre de combustion d'un cylindre de moteur à combustion interne du type Diesel, dans lequel on compare le rapport carburant/air dans la chambre de combustion à une valeur de seuil et, en fonction du résultat de la comparaison, on limite la valeur d'une variable choisie parmi la consigne de quantité de carburant injectée, la consigne de pression moyenne indiquée (PMI) et la consigne de couple moyen indiqué (CMI) .
On utilise ensuite la valeur de consigne ainsi limitée dans une régulation en boucle fermée de l' injection de carburant. L'invention sera mieux comprise à l' étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d' exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels :
-la figure 1 illustre schématiquement l'un des cylindres d'un moteur à combustion interne de type Diesel selon l' invention ;
-la figure 2 illustre schématiquement les principaux éléments du dispositif de régulation utilisé dans un moteur selon l'invention avec limitation de la quantité de carburant injecté ;
-la figure 3 est un schéma montrant les différentes étapes d'une procédure de limitation de la quantité de carburant injecté ;
-la figure 4 montre différentes courbes illustrant l' influence d'une variation transitoire du rapport carburant/air avec et sans le processus de limitation de la quantité de carburant injecté selon l' invention ; -la figure 5 montre un autre mode de réalisation d'un dispositif de régulation pouvant être utilisé dans un moteur selon l' invention ;
-la figure 6 est un schéma montrant la stratégie de limitation appliquée à la pression moyenne indiquée dans le mode de réalisation de la figure 5 ; -la figure 7 montre par différentes courbes l' effet de la limitation sur la valeur de consigne de la pression moyenne indiquée ;
-la figure 8 est un schéma d'une variante de stratégie de limitation appliquée à la pression moyenne indiquée ; et
-la figure 9 illustre par différentes courbes l' effet de la limitation sur la valeur de consigne de la pression moyenne indiquée dans le cas de la variante de la figure 8.
Sur la figure 1 , on a représenté schématiquement en coupe un cylindre 1 d'un moteur à combustion interne du type Diesel avec un piston 2 définissant, avec la partie supérieure du cylindre 1 , une chambre de combustion 3. Le piston 2 est relié à une bielle 4, elle- même entraînée par un vilebrequin 5. La chambre de combustion 3 communique avec une zone d' admission 6 équipée d'une soupape d' admission 7 et une zone d' échappement 8 équipée d'une soupape d' échappement 9. Un injecteur 10 débouche dans la partie supérieure de la chambre de combustion 3.
Un capteur 1 1 de l' angle du vilebrequin est capable de délivrer des informations sur la rotation du vilebrequin 5 à un boîtier électronique 12 de contrôle du fonctionnement du moteur. Un capteur de pression 13 est capable de mesurer la pression dans la chambre de combustion 3 et délivre un signal au boîtier électronique 12. Celui-ci est capable de transmettre un signal de commande par une connexion 14 à l' injecteur 10.
Afin d' éviter les disparités d'un moteur à un autre et d'un cylindre à un autre dans un même moteur et de mieux maîtriser la combustion, le contrôle de la quantité et du moment de l' injection de carburant par l' injecteur 10 se fait par un dispositif de régulation illustré schématiquement sur la figure 2. La grandeur d' entrée de la régulation peut être la pression mesurée dans la chambre de combustion par le capteur 13. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, on a cependant choisi d'utiliser comme grandeur d' entrée du dispositif de régulation, à titre d' exemple, le couple moyen indiqué (CMI) ou la pression moyenne indiquée (PMI) à titre de valeur de consigne. Il s ' agit là de valeurs théoriques nominales prévues par le constructeur pour plusieurs moteurs de cylindrées différentes.
L'utilisation de ces grandeurs permet de tenir compte d'une valeur de couple fournie par le moteur ou d'une valeur de pression régnant dans la chambre de combustion du cylindre en s' affranchissant des particularités d'un moteur déterminé. Le couple moyen indiqué (CMI) peut être calculé par le boîtier électronique 12 à partir de la formule :
(D
4π tïJ
ou : α est l' angle du vilebrequin mesuré par le capteur 1 1
V1 est le volume de la chambre de combustion du cylindre i tout au long du cycle de fonctionnement P1 est la pression dans la chambre de combustion du cylindre i
Ncyi est le nombre de cylindres du moteur considéré. La pression moyenne indiquée (PMI) est liée au couple moyen indiqué par la formule :
PMI . Vcyl
CMI = (H) 4π
où Vcyi est la cylindrée unitaire.
L'une de ces deux variables peut être utilisée dans le dispositif de régulation en boucle fermée illustré sur la figure 2. La variable à réguler est ainsi une grandeur de consigne de la pression moyenne indiquée (PMI) ou du couple moyen indiqué (CMI) qui est amenée sur l'une des entrées du soustracteur 15 qui reçoit par ailleurs sur sa deuxième entrée, par la branche de rétroaction 16, la valeur mesurée de la même grandeur, soit la pression moyenne indiquée (PMI) ou le couple moyen indiqué (CMI) déterminé selon les formules (I) ou (II) par le boîtier électronique 12.
Le signal d'erreur issu du soustracteur 15 est amené à un dispositif correcteur 17 dont le signal de sortie est relié à un additionneur 18 qui reçoit sur une autre entrée 19 un signal de prépositionnement qui permet d' accélérer la dynamique de la commande. Le signal issu de l' additionneur 18 correspond à la quantité de carburant qui doit être injectée par l'injecteur 10. Ce signal est amené aux différents injecteurs 10 du moteur Diesel schématisé par le bloc 20 sur la figure 2.
Ce dispositif de régulation est complété par un moyen de limitation référencé 21 dans son ensemble sur la figure 2. Ce moyen de limitation nécessite la connaissance du rapport carburant/air (ou air/carburant). Cette information peut être obtenue au moyen d'une sonde de richesse, par une évaluation de la richesse au moyen d'un dispositif d' analyse des gaz d'échappement ou encore par une estimation ou un calcul du rapport carburant/air. La figure 2 illustre cette dernière possibilité. La quantité d' air admise dans le cylindre qair ainsi que la quantité de carburant injecté qinj sont amenées sur les deux entrées d'un bloc de calcul 22 qui procède au calcul du rapport carburant/air, dont la valeur est amenée à l'entrée d'un bloc 23. Le bloc 23 reçoit par ailleurs sur trois autres entrées : la valeur qinj de la quantité de carburant injecté par la connexion 24 au pas de temps précédent dans l' échantillonnage du dispositif de régulation ; une valeur de limitation de carburant par défaut qui est mémorisée dans la zone mémoire 25 et qui est notée qinj-limite-défaut et une valeur de seuil pour le rapport carburant/air mémorisée dans la zone mémoire 26 qui est notée rapport-seuil sur la figure 2. Ce rapport-seuil peut être aisément déterminé par de simples essais de routine. Il est généralement compris entre 1 ,5 et 2. Le bloc 23 émet en sortie une valeur de consigne de la quantité de carburant injecté qui est amenée à l' entrée d'un bloc activateur 27 qui joue un rôle de saturation et qui reçoit sur une autre entrée la sortie du premier additionneur 18. De cette manière, la valeur de consigne de la quantité de carburant injecté qui est fournie aux injecteurs du moteur 20 peut être, soit la valeur de consigne issue du bloc de calcul 23 faisant partie du moyen de limitation 21 , soit la valeur de consigne issue de l' additionneur 18. Dans l' exemple illustré sur la figure 2, le dispositif correcteur
17 présente un intégrateur et un moyen assurant la saturation de la partie intégrale de la régulation non représentés en détail sur la figure. Le moyen de saturation peut alors utiliser la limitation de la quantité de carburant injecté qui lui est amenée à la sortie du moyen de limitation 21 par la connexion 28. De cette manière, la valeur de consigne de la quantité de carburant injecté, déterminée par le moyen de limitation 21 peut être utilisée à la fois à l' entrée du moteur 20 et dans le dispositif correcteur 17 pour améliorer la stratégie de saturation de la partie intégrale de la régulation. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, on comprend que l' on procède à la limitation directe de la quantité de carburant injecté en ouvrant en quelque sorte la boucle de régulation au moyen du bloc activateur 27, afin d' agir directement sur la commande des injecteurs du moteur 20. La limitation ainsi effectuée consiste à limiter la quantité de carburant injecté à la dernière quantité effectivement injectée avant le dépassement par le rapport air/carburant de la valeur de seuil mémorisée.
Le dispositif fonctionne d'une manière qui est illustrée sur la figure 3 , qui décrit le fonctionnement de façon temporelle, chaque pas de temps étant noté k. Ainsi, k- 1 désigne une information donnée au temps précédent. L' ensemble du fonctionnement peut être mis en œuvre par des moyens matériels ou par un logiciel.
L' étape 29, visible sur la figure 3, définit le rapport carburant/air au pas k. On compare à l' étape 30 cette valeur à la valeur de seuil indiquée rapport-seuil. Si la valeur du rapport carburant/air est supérieure au seuil, la valeur d'une variable d' indice, notée Indice(k), est analysée.
Si la variable Indice(k) est égale à 0, c' est alors la première fois que le seuil du rapport carburant/air est dépassé. On note cette information en attribuant la valeur 1 à la variable Indice (k) au cours de l' étape 32. Simultanément, la quantité de carburant injecté qinj- limite(k) prend la valeur de la consigne de quantité de carburant du pas de temps précédent, à savoir qinj-consigne(k- l ), c' est-à-dire la valeur qui était celle avant que le seuil ne soit dépassé.
Dans l'hypothèse contraire, où la variable Indice(k) est égale à 1 , c' est-à-dire n'est pas égale à 0, on comprend alors que le seuil a déj à été dépassé au pas de temps précédent. Le dépassement de seuil est également toujours présent dans cette hypothèse. La variable Indice(k) reste égale à 1 au cours de l' étape 33 et la valeur de consigne de la quantité de carburant injecté reste la même, soit qinj- limite (k)=qinj- limite (k- 1 ) .
Si le rapport carburant/air est inférieur au seuil, on passe à l' étape 34. La valeur de la variable d'indice, soit Indice(k) est égale à 0 et la valeur de consigne de la quantité de carburant injecté prend sa valeur par défaut, soit qinj-limite(k)=qinj-limite-défaut.
La quantité de carburant doit cependant rester inférieure ou égale à la limitation définie par défaut. On vérifie alors à l' étape 35 qu' il en est bien ainsi. Si c' est le cas, la valeur de consigne de la quantité de carburant injecté prend la valeur par défaut à l' étape 36, soit qinj -limi te (k)=qinj- limite- défaut.
Puis, le dispositif va saturer la valeur de consigne de la quantité de carburant à la valeur de la limitation définie précédemment au cours d'une étape de comparaison 37 de la valeur de consigne par rapport à la valeur limite. Si la valeur de consigne est supérieure à la valeur limite, on passe à l' étape 38 et la consigne de quantité de carburant prend la valeur de la limitation, soit qinj-consigne(k)=qinj- limite(k) . Dans le cas contraire, on passe à l' étape 39 qui force la valeur de consigne de la quantité de carburant à la valeur de consigne avant le moyen de limitation, c' est-à-dire la valeur qui apparaît sur la figure 2 à la sortie de l' additionneur 18.
La figure 4 montre les résultats qu' il est possible d' obtenir grâce aux moyens de limitation associés au dispositif de régulation tel qu' illustré sur la figure 2 et fonctionnant comme indiqué sur la figure
3. La figure 4 illustre les courbes en fonction du temps de trois grandeurs qui sont, pour le graphe du haut, le rapport carburant/air, pour le graphe du milieu, la durée d' injection en millisecondes, et pour le graphe du bas, la pression moyenne indiquée (PMI) en bars. Sur chacune des courbes, on a représenté en tirets le fonctionnement d'un dispositif classique de régulation ne comportant pas le moyen de limitation 21 illustré sur la figure 2, et en traits pleins le fonctionnement avec le moyen de limitation 21 illustré sur la figure 2. Sur le graphe supérieur illustrant la valeur du rapport carburant/air, on a également représenté en traits mixtes la valeur du rapport carburant/air de seuil. Il apparaît, si l' on observe le graphe supérieur de la figure 4, qu' on procède à une limitation de la quantité de carburant injecté sensiblement à un temps de 5 secondes, la valeur du rapport de seuil étant de 1 ,5. La quantité de carburant injecté se trouve directement limitée comme représenté en traits pleins sur la courbe supérieure. Il en résulte, pour la pression moyenne indiquée de la courbe inférieure, une décroissance retenue de la pression moyenne indiquée qui se stabilise à une valeur d'environ 9, par opposition à une décroissance brutale et non contrôlée dans le cas d'une commande dénuée de moyen de limitation comme illustré par la courbe inférieure en tirets . Le graphe médian montre que la durée d'injection et la quantité de carburant injecté qui en résulte, sont maintenues constantes dès l' action du moyen de limitation. La figure 5 illustre un autre mode de réalisation, dans lequel on procède cette fois non plus à une limitation directe de la quantité de carburant injecté, mais au contraire à une limitation de la valeur de consigne d'une des variables de consigne que constituent la pression moyenne indiquée (PMI) ou le couple moyen indiqué (CMI) . Sur la figure 5, on n' a pas représenté, pour des raisons de simplification, le moyen de limitation 21 qui est cependant analogue à celui illustré sur la figure 2. Le signal de sortie du moyen de limitation est cependant ici amené directement sur un bloc d' activation 40 placé à l'entrée du dispositif de régulation, c 'est-à-dire à l'entrée du soustracteur 15. Le moyen de limitation 21 agit uniquement sur le bloc 40 sans modifier le fonctionnement de l' ensemble du dispositif de régulation. La structure et le fonctionnement du moyen de limitation sont sensiblement analogues à ceux du mode de réalisation précédent.
Le fonctionnement est illustré sur la figure 6, où les éléments identiques à ceux de la figure 3 portent les mêmes références. On retrouve ainsi l' étape de comparaison 30 du rapport carburant/air au pas de temps k avec le rapport de seuil ainsi que l' analyse de la variable d' indice, Indice(k) à l' étape 31. Les étapes 32, 33 et 34 sont également similaires, à la différence près que l' on procède ici à une limitation de la valeur de consigne de la pression moyenne indiquée
PMI en limitant celle-ci à la dernière valeur de la pression moyenne indiquée (PMI) mesurée avant le dépassement par le rapport carburant/air de la valeur de seuil. Les mêmes opérations sont effectuées sur la variable Indice(k) . On retrouve également les étapes 35 à 39, dans lesquelles la valeur de consigne de la pression moyenne indiquée PMI est finalement saturée à la valeur de limitation PMI-limite(k) ou prend la valeur de consigne avant le moyen de régulation, c ' est-à-dire à l' entrée du bloc d' activation 40.
On comprendra bien entendu que l' on puisse remplacer dans ce fonctionnement la pression moyenne indiquée (PMI) par le couple moyen indiqué (CMI) sans modification fondamentale.
La figure 7 montre par trois graphes analogues à ceux de la figure 4 le résultat obtenu sur les trois variables que sont le rapport carburant/air, la durée d' injection et la pression moyenne indiquée. La courbe supérieure montre qu' à un instant correspondant environ à 5 secondes, on procède à une limitation sur la valeur de consigne de la pression moyenne indiquée PMI à partir d'une valeur de seuil du rapport carburant/air toujours fixée à 1 ,5. Il en résulte, comme on peut le voir sur la courbe inférieure, une diminution retenue de la pression moyenne indiquée qui tend rapidement à se stabiliser à une valeur proche de 10 bars . On voit, à l' examen de ces différentes courbes que, dès le dépassement par le rapport carburant/air de la valeur de seuil, on agit sur la valeur de consigne de la pression moyenne indiquée, ce qui limite ainsi l' augmentation du rapport carburant/air, comme le montre la courbe en traits pleins du graphe supérieur. La durée d' injection représentée en traits pleins sur le graphe médian n' est pas maintenue constante comme c' était le cas dans le mode de réalisation précédent (graphe médian de la figure 4), mais son augmentation est cependant limitée.
Une variante de fonctionnement a été illustrée sur la figure 8 où l' on retrouve les étapes analogues portant les mêmes références que sur les figures 3 et 6. Dans cette variante cependant, le processus de limitation se fait de manière plus rapide et sans passer par la variable d'indice utilisée dans le fonctionnement illustré sur les figures 3 et 6. En effet, tel qu' illustré sur la figure 8, si le rapport carburant/air est supérieur au rapport de seuil, comme on le constate à l'étape 30, on procède à la limitation de la valeur de la pression moyenne indiquée à la valeur mesurée au temps précédent, soit PMI-limite(k)=PMI(k- l ) à l' étape 32a.
Si, au contraire le rapport carburant/air est inférieur à la valeur de seuil, la limitation de la valeur de consigne de la pression moyenne indiquée (PMI) prend la valeur par défaut, soit PMI-limite(k)=PMI- limite-défaut, à l' étape 34a. A l' issue des étapes 32a et 34a, on retrouve les mêmes étapes 35 à 39 que dans les modes de réalisation des figures 3 et 6. Finalement, on voit donc que l' on contraint directement la valeur de consigne de la pression moyenne indiquée en la saturant à la valeur de limitation définie précédemment. En d' autres termes, si la pression moyenne indiquée (PMI) de consigne est supérieure à la valeur de limitation PMI-limite(k), la pression moyenne indiquée PMI de consigne prend la valeur de la limitation à l' étape 38. Sinon, la valeur de consigne de la pression moyenne indiquée PMI prend la valeur de la consigne avant le moyen de limitation.
Les courbes illustrées sur la figure 9, qui sont analogues aux courbes des figures 4 et 7, montrent le résultat obtenu en application de ce fonctionnement. On constate sur les courbes du graphe supérieur que le rapport carburant/air reste plus proche de la valeur de seuil que dans le cas du fonctionnement illustré sur la figure 7. La durée d' injection est ici maintenue constante comme c' était le cas sur la figure 4 et la valeur de consigne de la pression moyenne indiquée PMI, telle qu' illustrée en traits pleins sur la courbe du graphe inférieur, se stabilise à une valeur d' environ 9 bars .
Dans cette variante de fonctionnement, la stabilisation de la valeur de consigne de la pression moyenne indiquée est donc moins bonne que dans le fonctionnement illustré sur les figures 6 et 7. Mais, en revanche, la quantité de carburant injecté est moins importante, de sorte que le rapport carburant/air est ainsi limité de façon plus efficace.
Bien que ce mode de réalisation ait également été illustré avec comme grandeur limitée la pression moyenne indiquée PMI, on comprendra que l' on puisse opérer de la même manière avec le couple moyen indiqué CMI.

Claims

REVENDICATIONS
1 -Moteur à combustion interne du type Diesel comprenant au moins un cylindre ( 1 ) avec une chambre de combustion (3) et un injecteur de carburant ( 10), équipé d'un dispositif de régulation en boucle fermée du couple moyen indiqué (CMI) ou de la pression moyenne indiquée (PMI), capable d'élaborer une valeur de consigne de la quantité de carburant injectée, caractérisé par le fait que le dispositif de régulation comprend un moyen de limitation (21 ) capable de comparer le rapport carburant/air dans la chambre de combustion à une valeur de seuil et de limiter, lorsque ledit seuil est dépassé, la valeur d'une variable choisie parmi la consigne de quantité de carburant injectée, la consigne de pression moyenne indiquée (PMI) et la consigne de couple moyen indiqué (CMI) .
2-Moteur à combustion interne selon la revendication 1 dans lequel le moyen de limitation est capable de maintenir ladite variable égale à la valeur qu' elle avait un instant auparavant.
3-Moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes dans lequel le moyen de limitation est capable de donner à ladite variable une valeur définie par défaut. 4-Moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes comprenant un moyen de détermination du rapport carburant/air dans la chambre de combustion.
5-Moteur à combustion interne selon la revendication 4 dans lequel le moyen de détermination du rapport carburant/air comprend une sonde de richesse.
6-Moteur à combustion interne selon la revendication 4 dans lequel le moyen de détermination du rapport carburant/air comprend un dispositif d' évaluation de richesse. 7-Moteur à combustion interne selon la revendication 4 dans lequel le moyen de détermination du rapport carburant/air comprend un dispositif d' estimation du rapport carburant/air.
8-Moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes comprenant un capteur ( 13) de la pression dans le cylindre.
9-Moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes comprenant un capteur ( 1 1 ) de l' angle de rotation du vilebrequin du moteur. 10-Procédé d'élaboration d'une valeur de consigne de la quantité de carburant injectée dans la chambre de combustion d'un cylindre de moteur à combustion interne du type Diesel caractérisé par le fait qu' on compare le rapport carburant/air dans la chambre de combustion à une valeur de seuil et, en fonction du résultat de la comparaison, on limite la valeur d'une variable choisie parmi la consigne de quantité de carburant injectée, la consigne de pression moyenne indiquée (PMI) et la consigne de couple moyen indiqué (CMI), et on utilise la valeur de consigne ainsi limitée dans une régulation en boucle fermée de l' injection de carburant.
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