WO2002040840A1 - Procede et dispositif de commande du fonctionnement d'un moteur a combustion interne a auto-allumage - Google Patents

Procede et dispositif de commande du fonctionnement d'un moteur a combustion interne a auto-allumage Download PDF

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WO2002040840A1
WO2002040840A1 PCT/FR2001/003463 FR0103463W WO0240840A1 WO 2002040840 A1 WO2002040840 A1 WO 2002040840A1 FR 0103463 W FR0103463 W FR 0103463W WO 0240840 A1 WO0240840 A1 WO 0240840A1
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controlling
intake
injection
air
cylinder
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PCT/FR2001/003463
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Eric Nicole
Jean Doreau
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Johnson Controls Automotive Electronics
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Definitions

  • the present invention relates to improvements made to the control of the operation of a four-stroke internal combustion engine operating by self-ignition of an air-gasoline mixture introduced into each cylinder of said engine, this cylinder having valves intake and exhaust type with individual actuator.
  • the object of the invention is therefore to propose improvements in the field of control of self-ignition internal combustion engines with individual control of the valves by means of individual actuators (in particular electromagnetic), so as to make the operation of such engines more reliable and to allow industrial operation of these engines.
  • the invention proposes a method for controlling the operation of a four-stroke internal combustion engine operating by self-ignition of an air-gasoline mixture introduced into each cylinder of the engine, this cylinder having intake and exhaust valves of the type with individual actuator, which method, being in accordance with the invention, is characterized in that, to control the conditions of self-ignition, one controls:
  • control of a relatively large number of parameters controlling the operation of the auto-ignition engine must make it possible, in accordance with the primary purpose of the invention, to make this operation more reliable and to eliminate untimely self-ignitions, in other words to avoid rattling.
  • the effective volumetric ratio is controlled by a choice of the distribution angles on admission allowing a Miller (or Atkinson) effect to be obtained.
  • the admitted air mass is controlled by adjusting the pressure of said air mass by means of a motorized throttle valve, taking into account the value of the distribution angles on admission, and the lifting amplitude. of the intake valve (s).
  • the enclosed air mass constitutes one of the parameters involved - with the volumetric ratio and the polytropic coefficient, itself a function of the composition of the gas mixture and therefore of the exhaust gas recirculation rate (EGR) and of the temperature - in determining the pressure in the cylinder.
  • EGR exhaust gas recirculation rate
  • the enclosed air mass is directly controlled by the position of the throttle valve and the amount of lift in the intake valve.
  • the composition of the air-gasoline mixture is controlled by controlling the injection, the injection possibly being either a direct injection or an indirect injection.
  • the rate of burnt gas is controlled by a choice of the angles of distribution to the exhaust.
  • EGR exhaust burnt gases recirculated by the proportional valve (and therefore by the exchanger) and the proportion of gases recirculating internally, it is possible to regulate the temperature.
  • the invention provides a device for controlling the operation of a four-stroke internal combustion engine operating by self-ignition of an air-gasoline mixture introduced into each cylinder of said engine, this cylinder having intake and exhaust valves of the type with individual actuator, device which comprises, associated with each cylinder of the engine:
  • the means for controlling the angles of distribution at the intake, respectively at the exhaust, are functionally associated with intake, respectively exhaust valves of the type with electromagnetic actuator, on the basis of the explanations explained above.
  • the means for controlling the effective volumetric ratio comprise control means distribution angles on admission specific to obtaining a Miller (or Atkinson) effect.
  • the means for controlling the admitted air mass comprise a motorized throttle valve which is associated with means for controlling the rotation taking into account the value of the distribution angles on admission and the lifting amplitude of the or inlet valve (s) and which is capable of adjusting the pressure of said admitted air mass.
  • the means for controlling the composition of the air-petrol mixture comprise injection control means, said injection control means being able to be functionally associated with direct injection means or with means of indirect injection.
  • the means for controlling the rate of burnt gas comprise means for controlling the angles of distribution to the exhaust.
  • the device also comprises sensors constituted by
  • a pressure sensor prevailing in the intake manifold comprises means for processing information taking into account the signals delivered by said sensors in order to develop corrected control signals intended for the means of controlling the distribution angles at the intake and / or at the exhaust and at the injection control means.
  • FIGS. 2A and 2B are two very schematic views, respectively in partial side section and in top view, which illustrate the general architecture of a self-ignition engine with indirect injection arranged in accordance with the invention
  • FIGS. 3A and 3B are two very schematic views, respectively in partial side section and in top view, which illustrate the general architecture of a self-ignition direct injection engine arranged in accordance with the invention.
  • self-ignition conditions of a four-stroke internal combustion engine are controlled, operating by self-ignition of an air-petrol mixture introduced into each cylinder of the engine, by controlling the following parameters
  • the effective volumetric ratio is controlled by piloting the distribution to obtain a Miller or Atkinson effect.
  • the control of the volumetric ratio is obtained by implementing a distribution with individual actuators, in particular of the electromagnetic type, of the valves (actuation of the "camless” type), the advantage of which lies in the short response time and the wide range of steering variations it allows.
  • the effective volumetric ratio can also be obtained by coupling a variable geometry turbo compressor to the engine with individually actuated valves.
  • a variable geometry turbo compressor By controlling the pressure ratio and the Miller rate, one can optimize the engine's performance and convenience.
  • the volumetric ratio range that it may be necessary to cover for this type of engine can also lead to the direct use of a mechanical volumetric ratio change actuator.
  • the Miller type timing setting is only used to manage the mode transients between self-ignition and one controlled ignition.
  • the pressure in the cylinder is linked to the volumetric ratio, to the polytropic coefficient (function of the composition of the enclosed gas (therefore the rate of exhaust gas put into recirculation) and of the temperature) and to the enclosed air mass.
  • This mass of air is directly controlled by the position of the butterfly and the amplitude of the valve lift.
  • These two actuators (butterfly and individually actuated valve), as in a conventional engine control, therefore make it possible to control the pressure in the cylinder.
  • the throttle valve is not necessarily present in individually actuated valve engines, the motorized throttle valve is required for this order since valve control Intake serves both the volumetric ratio and the air charge.
  • the rate of burnt gases can be controlled in several ways, conventionally by an exhaust gas recirculation valve (EGR) or, in the case of camless distribution, by the laws of control of the intake and exhaust:
  • EGR exhaust gas recirculation valve
  • EGR exhaust gas recirculation control valve
  • temperature regulation is obtained by measuring the proportion of burnt gases recirculated by the proportional valve (therefore by the exchanger) and the proportion of gases in internal recirculation. To ensure the correct adjustment of the values of the control parameters of the auto-ignition engine, a certain number of measures are taken on the engine and included in loopbacks.
  • Some loopbacks are similar to those implemented in a conventional motor control. It will for example be necessary to use a probe for measuring the oxygen in the exhaust gases for looping back the composition of the gaseous mixture: the self-ignition engine operating outside stoichiometry, it is necessary that this probe be of the proportional type. .
  • this cylinder pressure sensor to allow adaptive control of the self-ignition control strategies; this sensor makes it possible to analyze the combustion, and therefore to correct the mixture preparation parameter (s) linked to its self-ignition;
  • this cylinder pressure sensor can be of various types such as a piezo sensor, a strain gauge, or the like.
  • the coil is charged to allow ionization in the enclosed gas, but is not used for ignition of the mixture; an ionization sensor allows the measurement of knock and an analysis of the nature of combustion, like the pressure sensor in the cylinder.
  • the reference numeral 1 designates a device for interpreting the driver's wishes (increasing speed, maintaining speed, reducing speed) delivering an output signal which, after checking in an approval unit 2, constitutes a effective average torque target signal.
  • a device 3 for regulating the idling of the engine delivers another target signal of effective average torque.
  • a unit 4 for processing external torque requests delivers yet another effective average torque objective signal.
  • the torque arbitration unit 5 delivers a signal of average torque indicated objective 7 intended for a unit 8 of combustion mode management and calculation of the pressure objective in the manifold, which unit 8 also receives, on the one hand, an engine speed signal delivered by a sensor 9 and, on the other hand, a corrective signal for the manifold pressure delivered by a combustion analysis unit 10 placed under the dependence of a sensor 11 for the pressure in the cylinder.
  • the unit 8 provides an objective manifold pressure signal 12 intended for a device 13 for calculating the position of the throttle valve.
  • Unit 8 also provides a combustion mode signal for a model generator device 14 torque, which delivers a signal 15 of indicated average torque low objective pressure and a signal 16 of indicated average torque high pressure objective, both intended for a unit 17 for calculating the objectives of volumetric ratio, temperature, composition of the gas mixture and air mass.
  • the unit 17 also receives an operating mode signal supplied by the unit 8 for managing the combustion mode and calculating the pressure objective in the manifold.
  • the unit 17 finally receives corrective signals of air mass, composition, temperature and richness supplied by the combustion analysis unit 10.
  • the unit 17 delivers a signal 18 of objective volumetric ratio, a signal 19 of objective temperature, a signal 20 of recirculated exhaust gas rate (EGR), a signal 21 of objective air mass, a signal 22 of objective composition, which are applied to the respective inputs of a unit 23 for calculating distribution angles.
  • the unit 23 produces a volumetric efficiency signal intended for the device 13 for calculating the throttle position and a distribution signal which is sent to an input of a unit 24 for estimating the pumped air flow rate, which receives on another input a signal for measuring the throttle position delivered by the device 13 for calculating the throttle position.
  • the unit 24 for estimating the pumped air flow delivers a signal representative of the estimated mass of pumped air.
  • the aforementioned signals 18 to 22 output from the unit 17 for calculating the objectives are also applied to a device 25 for determining the basic advance which controls a device 26 for dynamic advance correction also placed under the aforementioned output signal from the unit 24 for estimating the pumped air flow rate, which device 26 for dynamic advance correction ensures the ignition control at 27 when it is in spark ignition combustion.
  • the same signals 18 to 22 as well as the output signal from the unit 24 for estimating the pumped air flow rate are also applied to a unit 28 for calculating the mass of fuel to be injected which controls the injection means 29 .
  • the method illustrated in FIG. 1 therefore allows, in accordance with the aims of the invention, the control of all the parameters set out above for the control of a self-ignition engine, with looping of the control data by the units 24, 26 and 28.
  • FIGS. 2A and 2B illustrate, in the form of two very simplified diagrams, the general architecture of a self-ignition engine with indirect injection arranged in accordance with the invention for the implementation of the method described above.
  • the engine block 30 comprises any number of cylinders 31 (four by way of example in FIG. 2B). As can be seen in FIG. 2A, each cylinder 31, surrounded by a jacket 32 and housing a piston 33, is defined in a cylinder head 34. Intake 35 and exhaust 36 manifolds open into the upper part of the cylinder. Intake 37 and exhaust 38 valves, in an appropriate number (for example two of each), control the communication or closure of each manifold with the chamber 39 defined by the piston.
  • the valves 37, 38 are of the individually controlled type, for example by an electromagnetic actuator 40.
  • a sensor 41 makes it possible to detect the pressure in the cylinder or the ionization.
  • a motorized throttle valve 42 provided with a position sensor 43 is provided on the intake manifold 25.
  • a pressure sensor in the manifold 44 and a temperature sensor 45 are also on the intake manifold.
  • Injectors 46 are arranged in the pipes dividing the intake manifold for each cylinder.
  • a temperature sensor 47 is provided on the engine block to measure the temperature of the engine cooling water.
  • a proportional probe 48 is mounted on the exhaust manifold for measuring oxygen in the exhaust gases.
  • a control unit 49 receives the information provided by the various sensors and issues the control instructions to the actuators 40 of the valves 37, 38, of the motorized throttle valve 42, and of the injectors 46 to ensure the self-ignition operation of the engine at indirect injection.
  • FIGS. 3A and 3B illustrate, in the form of two very simplified diagrams, the general architecture of a self-ignition direct injection engine arranged in accordance with the invention for implementing the method described above.
  • FIGS. 3A and 3B are modeled on those respective of FIGS. 2A and 2B, and the same reference numbers have been kept in FIGS. 3A and 3B to designate the organs similar to those of FIGS. 2A and 2B.
  • the engine architecture of Figures 3A and 3B is similar to that of the engine of Figures 2A and 2B, except that the injectors 50 are here arranged directly at the outlet of the intake pipes in the cylinder (direct injection).

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Abstract

L'invention est relative à la commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne à quatre temps fonctionnant par auto-allumage d'un mélange air-essence introduit dans chaque cylindre du moteur, ce cylindre ayant des soupapes d'admission et d'échappement du type à actionneur individuel; pour commander (5-19) les conditions d'auto-allumage, on commande: le rapport volumétrique effectif; la masse d'air admise (28); la température de la masse d'air admise; la composition du mélange air-essence, et le taux de gaz brûles.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE COMMANDE DU FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A AUTO-ALLUMAGE
La présente invention concerne des perfection- nements apportés à la commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne à quatre temps fonctionnant par auto-allumage d'un mélange air-essence introduit dans chaque cylindre dudit moteur, ce cylindre ayant des soupapes d'admission et d'échappement du type à actionneur individuel .
Les moteurs à combustion interne actuellement les plus répandus sont :
- les moteurs à allumage commandé, fonctionnant selon le cycle d'Otto et dans lesquels la combustion d'un mélange air-carburant (essence) est initialisée par une étincelle électrique (bougie) et se propage sur un front de flamme, et
- les moteurs à allumage par compression, fonctionnant selon le cycle de Diesel et dans lesquels la combustion est initialisée dans un volume d'air comprimé par l'injection de carburant (gazole) et se développe au cours de l'injection par auto-allumage du jet.
Ces deux types de moteurs présentent, à des degrés divers, l'inconvénient de générer un fort taux d'oxydes d'azote N0X associés à une température élevée de combustion, notamment :
- lors du fonctionnement en mélange pauvre pour les moteurs à allumage commandé, et
- lors du fonctionnement en forte charge pour les moteurs Diesel. Il est aujourd'hui connu (par exemple document FR- A-2 768 180 ; article "Innovative ultra-lo NOx controlled auto-ignition combustion process for gasoline engine" par J. Lavy et al., SAE Technical Paper Séries, 2000-01-1837) qu'il est possible d' initialiser la combustion par autoallumage d'un mélange air-essence en pilotant de façon précise les paramètres propres à engendrer cet autoallumage. Alors que dans les moteurs actuels on cherche à éviter les auto-allumages intempestifs (phénomène de cliquetis) révélateurs d'un mauvais réglage des conditions de fonctionnement du moteur, il s'agit ici de provoquer un auto-allumage contrôlé et répétitif. Les essais effectués à ce jour montrent que la réduction du taux des oxydes d'azote NOx procurée par les moteurs à auto-allumage est considérable.
Toutefois, les moteurs à auto-allumage présentent l'inconvénient d'exiger une maîtrise parfaite des paramètres intervenant dans le déclenchement de la combustion, afin d'éviter les auto-allumages non contrôlés ("misfires") .
C'est cette difficulté d'un contrôle effectif et efficace des paramètres de fonctionnement qui empêche actuellement le développement à échelle industrielle de ce type de moteur : en effet, compte tenu de développements technologiques insuffisants, certains paramètres ne pouvaient pas être contrôlés ou l'étaient mal, et la commande du fonctionnement du moteur était effectuée à partir d'un nombre de paramètres insuffisant pour l'obtention de conditions de fonctionnement fiables et stables.
Or certaines innovations technologiques intervenues récemment et en cours de développement actuellement, notamment - l'injection directe dans la chambre de combustion,
- la commande individuelle et totalement variable des soupapes, notamment au moyen d'actionneurs électromagnétiques individuels, - la mesure du taux de combustion par exploitation du taux d'ionisation dans le circuit d'allumage, ou à l'aide d'un capteur de la pression dans le cylindre, laissent entrevoir la possibilité d'obtenir un meilleur pilotage de la combustion par auto-allumage. L'invention a ainsi pour objet de proposer des perfectionnements dans ' le domaine de la commande des moteurs à combustion interne à auto-allumage à commande individuelle des soupapes au moyen d'actionneurs individuels (notamment électromagnétiques) , de façon à rendre le fonctionnement de tels moteurs plus fiable et à autoriser une exploitation industrielle de ces moteurs .
A ces fins, selon un premier de ses aspects, l'invention propose un procédé de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne à quatre temps fonctionnant par auto-allumage d'un mélange air-essence introduit dans chaque cylindre du moteur, ce cylindre ayant des soupapes d'admission et d'échappement du type à actionneur individuel, lequel procédé, étant conforme à l'invention, se caractérise en ce que, pour commander les conditions d'auto-allumage, on commande :
- le rapport volumétrique effectif,
- la masse d'air admise,
- la température de la masse d'air admise,
- la composition du mélange air-essence, et - le taux de gaz brûlés .
Le contrôle d'un relativement grand nombre de paramètres de commande du fonctionnement du moteur à autoallumage doit permettre, conformément au but premier de l'invention, de fiabiliser ce fonctionnement et d'éliminer les auto-allumages intempestifs, autrement dit d'éviter le cliquetis .
Avantageusement, on commande le rapport volumétrique effectif par un choix des angles de distribution à l'admission permettant d'obtenir un effet Miller (ou Atkinson) .
Avantageusement également, on commande la masse d'air admise en ajustant la pression de ladite masse d'air au moyen d'un papillon motorisé, tenant compte de la valeur des angles de distribution à l'admission, et de l'amplitude de soulèvement de la ou des soupape (s) d'admission. La masse d'air enfermée constitue un des paramètres qui intervient - avec le rapport volumétrique et le coefficient polytropique, lui-même fonction de la composition du mélange gazeux et donc du taux de recirculation des gaz d'échappement (EGR) et de la température - dans la détermination de la pression dans le cylindre. La masse d'air enfermée est directement contrôlée par la position du papillon et l'amplitude du soulèvement de la soupape d'admission.
Avantageusement également, on commande la composition du mélange air-essence par une commande de l'injection, l'injection pouvant être soit une injection directe, soit une injection indirecte.
Avantageusement enfin, on commande le taux de gaz brûlés par un choix des angles de distribution à l'échappement. On pourra notamment effectuer :
- soit une ouverture tardive de la soupape d'échappement, ce qui n'autorise qu'une vidange incomplète du cylindre et provoque la détente des gaz brûlés avec leur refroidissement concomitant ; - soit une fermeture hâtive de la soupape d'échappement pour limiter la vidange du cylindre et conserver aux gaz retenus dans le cylindre une température importante ;
- soit une fermeture tardive de la soupape d'échappement associée à une ouverture hâtive de la soupape d'admission, permettant aux gaz d'échappement de pénétrer dans le collecteur d'admission et d'y être refroidis du fait de leur détente, puis d'être réadmis pendant la phase d'admission du cycle suivant. Le recours à des soupapes actionnées individuellement (principe d' actionnement dit "ca less") notamment par des moyens électromagnétiques , avec détection permanente de la position exacte de la soupape le long de sa course, permet d'assurer une commande du type requis. Pour ce qui est de la commande de la température de la masse d'air admise, on peut avoir recours à diverses solutions. Par exemple et de façon non exclusive, on peut envisager l'une des solutions suivantes :
- on met en œuvre simultanément une vanne proportionelle de commande des gaz d'échappement mis en recirculation
(EGR) qui est associée à un échangeur et une distribution fortement variable : en dosant la proportion des gaz brûlés d'échappement mis en recirculation par la vanne proportionnelle (et donc par l' échangeur) et la proportion des gaz en recirculation interne, il est possible de réguler la température.
- on dispose un échangeur de chaleur sur le collecteur d'admission, cet échangeur étant équipé d'un by-pass grâce auquel on peut réguler la température de l'air d'admission.
En outre et de façon préférée, pour la mise en œuvre du procédé conforme à l'invention on effectue des mesures de l'oxygène dans les gaz d'échappement, de la pression régnant dans chaque cylindre, de la température de l'air admis, de la pression régnant dans le collecteur d'admission, et, à partir des valeurs mesurées, on corrige les informations de commande des angles de distribution à l'admission et/ou à l'échappement et de commande de 1 'injection. Selon un second de ses aspects, l'invention propose un dispositif de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne à quatre temps fonctionnant par auto-allumage d'un mélange air-essence introduit dans chaque cylindre dudit moteur, ce cylindre ayant des soupapes d'admission et d'échappement du type à actionneur individuel, dispositif qui comporte, associés à chaque cylindre du moteur :
- des moyens de commande du rapport volumétrique effectif, - des moyens de commande de la masse d'air admise,
- des moyens de commande de la température de la masse d'air admise,
- des moyens de commande de la composition du mélange air-essence, et - des moyens de commande du taux de gaz brûlés.
Les moyens de commande des angles de distribution à l'admission, respectivement à l'échappement sont fonctionnellement associés à des soupapes d'admission, respectivement d'échappement du type à actionneur électromagnétique, sur la base des explications exposées plus haut .
Avantageusement, les moyens de commande du rapport volumétrique effectif comprennent des moyens de commande des angles de distribution à l'admission propres à l'obtention d'un effet Miller (ou Atkinson) .
Avantageusement également, les moyens de commande de la masse d'air admise comprennent un papillon motorisé qui est associé à des moyens de commande en rotation prenant en compte la valeur des angles de distribution à l'admission et l'amplitude de soulèvement de la ou des soupape (s) d'admission et qui est propre à ajuster la pression de ladite masse d'air admise. Avantageusement aussi, les moyens de commande de la composition du mélange air-essence comprennent des moyens de commande de l'injection, lesdits moyens de commande d'injection pouvant être associés fonction- nellement à des moyens d'injection directe ou à des moyens d'injection indirecte.
Avantageusement enfin, les moyens de commande du taux de gaz brûlés comprennent des moyens de commande des angles de distribution à l'échappement.
Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif comprend également des capteurs constitués par
- une sonde de type proportionnel pour mesurer l'oxygène présent dans les gaz d'échappement, et/ou
- des capteurs de la pression régnant dans chaque cylindre du moteur, et/ou
- un capteur de la température de l'air et de l'eau, et/ou
- un capteur de la pression régnant dans le collecteur d'admission, et il comprend des moyens de traitement des informations prenant en compte les signaux délivrés par lesdits capteurs afin d'élaborer des signaux de commande corrigée destinés aux moyens de commande des angles de distribution à l'admission et/ou à l'échappement et aux moyens de commande de l'injection.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains de ses modes de réalisation préférés donnés uniquement à titre d'exemples nullement limitatifs. Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est un organigramme sous forme d'un schéma-blocs illustrant le procédé de commande d'un moteur à auto-allumage conformément à l'invention ; les figures 2A et 2B sont deux vues très schématiques, respectivement en coupe partielle de côté et en vue de dessus, qui illustrent l'architecture générale d'un moteur à auto-allumage à injection indirecte agencé conformément à l'invention ; et les figures 3A et 3B sont deux vues très schématiques, respectivement en coupe partielle de côté et en vue de dessus, qui illustrent l'architecture générale d'un moteur à auto-allumage à injection directe agencé conformément à l'invention.
Conformément à l'invention, on commande des conditions d'auto-allumage d'un moteur à combustion interne à quatre temps, fonctionnant par auto-allumage d'un mélange air-essence introduit dans chaque cylindre du moteur, en commandant les paramètres suivants
- le rapport volumétrique effectif,
- la masse d'air admise,
- la température de la masse d'air admise,
- la composition du mélange air-essence, et - le taux de gaz brûlés.
Le rapport volumétrique effectif est commandé par un pilotage de la distribution pour obtenir un effet Miller ou Atkinson. Le pilotage du rapport volumétrique est obtenu en mettant en œuvre une distribution avec actionneurs individuels, notamment de type électro-magnétique, des soupapes (actionnement type "camless"), dont l'avantage réside dans le faible temps de réponse et la grande plage de variations de pilotage qu'elle autorise.
Le rapport volumétrique effectif peut également être obtenu en couplant un turbo compresseur à géométrie variable au moteur à soupapes actionnées individuellement. En contrôlant le rapport de pression et le taux de Miller, on peut optimiser le rendement et l'agrément du moteur. La plage de rapport volumétrique qu'il peut être nécessaire de couvrir pour ce type de moteur peut amener également à utiliser directement un actionneur de changement de rapport volumétrique mécanique. Dans ce cas, le calage de distribution de type Miller n'est utilisé que pour gérer les transitoires de mode entre l'auto-allumage et 1 'allumage commandé .
La pression dans le cylindre est liée au rapport volumétrique, au coefficient polytropique (fonction de la composition du gaz enfermé (donc du taux de gaz d'échappement mis en recirculation) et de la température) et à la masse d'air enfermée. Cette masse d'air est directement contrôlée par la position du papillon et l'amplitude de la levée de la soupape. Ces deux actionneurs (papillon et soupape à actionnement individuel) , comme dans un contrôle de moteur classique, permettent donc de piloter la pression dans le cylindre. Bien que le papillon ne soit pas nécessairement présent dans les moteurs à soupapes actionnées individuellement, le papillon motorisé est nécessaire dans le cadre de la présente commande puisque le pilotage de la soupape d'admission sert à la fois au rapport volumétrique et à la charge en air.
Le taux de gaz brûlés peut être contrôlé de plusieurs manières, classiquement par une vanne de recirculation des gaz d'échappement (EGR) ou, dans le cas d'une distribution camless, par les lois de commande des soupapes d'admission et d'échappement :
- soit une ouverture tardive des soupapes d'échappement, ce qui n'autorise alors plus la vidange complète du cylindre et entraîne la détente des gaz brûlés, et donc le refroidissement de ceux-ci ;
- soit une fermeture hâtive des soupapes d'échappement pour limiter la vidange et garder une température importante ; - soit encore par une fermeture tardive des soupapes d'échappement associée à une ouverture hâtive des soupapes d'admission permettant aux gaz d'échappement de pénétrer dans le collecteur d'admission, de s'y refroidir puis d'être réadmis pendant la phase d'admission du cycle suivant.
L'utilisation de la vanne de contrôle de recirculation des gaz d'échappement (EGR) associée à la distribution camless reste envisageable pour augmenter la liberté de contrôle de la distribution. Enfin la température peut être contrôlée de différentes manières, comme par exemple :
- l'utilisation d'un échangeur de chaleur sur le collecteur d'admission : cet échangeur étant équipé d'un by-pass, on peut ainsi réguler la température de l'air d'admission ;
- l'utilisation simultanée d'une vanne proportionnelle de commande de recirculation des gaz d'échappement associée à un échangeur et une distribution fortement variable : la régulation de température est obtenue en dosant la part des gaz brûlés recirculés par la vanne proportionnelle (donc par l' échangeur) et la part des gaz en recirculation interne. Pour assurer l'ajustement correct des valeurs des paramètres de commande du moteur à auto-allumage, on a recours à un certain nombre de mesures prises sur le moteur et incluses dans des rebouclages.
Certains rebouclages sont similaires à ceux mis en œuvre dans un contrôle de moteur classique. Il sera par exemple nécessaire d'utiliser une sonde de mesure de l'oxygène dans les gaz d'échappement pour le rebouclage de la composition du mélange gazeux : le moteur à autoallumage fonctionnant hors stœchiométrie, il est nécessaire que cette sonde soit de type proportionnel.
En plus de ces capteurs classiques, il pourra être nécessaire d'utiliser d'autres capteurs pour permettre le contrôle de l'auto-allumage :
- capteur de la pression dans le cylindre pour autoriser un pilotage adaptatifs des stratégies de contrôle de l'auto-allumage ; ce capteur permet l'analyse de la combustion, et donc de corriger le ou les paramètres de préparation du mélange liés à son auto-inflammation ; ce capteur de la pression dans le cylindre peut être de divers types comme un capteur piezzo, une jauge de contrainte, ou autre.
- capteur d'ionisation : la bobine est chargée pour permettre l'ionisation dans le gaz enfermé, mais n'est pas utilisée pour l'allumage du mélange ; un capteur d'ionisation permet la mesure du cliquetis et une analyse de la nature de la combustion, comme le capteur de la pression dans le cylindre. Finalement, le procédé de commande d'un moteur à auto-allumage conforme à l'invention peut être illustré par l'organigramme représenté à la figure 1.
La référence numérique 1 désigne un dispositif d'interprétation de la volonté du conducteur (accroissement de la vitesse, maintien de la vitesse, réduction de la vitesse) délivrant un signal de sortie qui, après contrôle dans une unité d'agrément 2, constitue un signal d'objectif de couple moyen effectif. Un dispositif 3 de régulation de ralenti du moteur délivre un autre signal d'objectif de couple moyen effectif.
Enfin une unité 4 de traitement des requêtes de couple extérieures délivre encore un autre signal d'objectif de couple moyen effectif.
Tous les signaux d'objectifs de couple moyen effectif sont appliqués à une unité 5 d'arbitrage de couple à laquelle est appliquée par ailleurs une consigne couple moyen de frottement délivrée par un estimateur 6. L'unité 5 d'arbitrage de couple délivre un signal de couple moyen indiqué objectif 7 à destination d'une unité 8 de gestion de mode de combustion et de calcul de l'objectif de pression dans le collecteur, laquelle unité 8 reçoit également, d'une part, un signal de régime moteur délivré par un capteur 9 et, d'autre part, un signal correctif de la pression de collecteur délivré par une unité d'analyse de combustion 10 placée sous la dépendance d'un capteur 11 de la pression dans le cylindre.
L'unité 8 fournit un signal de pression objectif de collecteur 12 à destination d'un dispositif 13 de calcul de la position du papillon.
L'unité 8 fournit également un signal de mode de combustion destiné à un dispositif 14 générateur de modèle de couple, lequel délivre un signal 15 de couple moyen indiqué basse pression objectif et un signal 16 de couple moyen indiqué haute pression objectif, tous deux destinés à une unité 17 de calcul des objectifs de rapport volumétrique, de température, de composition du mélange gazeux et de masse d'air. L'unité 17 reçoit par ailleurs un signal de mode de fonctionnement fourni par l'unité 8 de gestion du mode de combustion et de calcul de l'objectif de pression dans le collecteur. L'unité 17 reçoit enfin des signaux correctifs de masse d'air, de composition, de température et de richesse fournis par l'unité d'analyse de combustion 10.
L'unité 17 délivre un signal 18 de rapport volumétrique objectif, un signal 19 de température objectif, un signal 20 de taux de gaz d'échappement mis en recirculation (EGR), un signal 21 de masse d'air objectif, un signal 22 de composition objectif, qui sont appliqués aux entrées respectives d'une unité 23 de calcul des angles de distribution. L'unité 23 élabore un signal de rendement volumétrique à destination du dispositif 13 de calcul de la position du papillon et un signal de distribution qui est envoyé à une entrée d'une unité 24 d'estimation du débit d'air pompé, laquelle reçoit sur une autre entrée un signal de mesure de la position du papillon délivré par le dispositif 13 de calcul de la position du papillon.
L'unité 24 d'estimation du débit d'air pompé délivre un signal représentatif de la masse d'air pompé estimée. • Les signaux précités 18 à 22 de sortie de l'unité 17 de calcul des objectifs sont également appliqués à un dispositif 25 de détermination de l'avance de base qui pilote un dispositif 26 de correction dynamique d'avance placé également sous la dépendance du susdit signal de sortie de l'unité 24 d'estimation du débit d'air pompé, lequel dispositif 26 de correction dynamique d'avance assure la commande de l'allumage en 27 lorsqu'on est en mode de combustion à allumage commandé.
Les mêmes signaux 18 à 22 ainsi que le signal de sortie de l'unité 24 d'estimation du débit d'air pompé sont également appliqués à une unité 28 de calcul de la masse de carburant à injecter qui commande les moyens d'injection 29.
Le procédé illustré à la figure 1 permet donc, conformément aux buts de l'invention, le contrôle de tous les paramètres énoncés plus haut pour la commande d'un moteur à auto-allumage, avec bouclage des données de commande par les unités 24, 26 et 28.
Les figures 2A et 2B illustrent, sous forme de deux schémas très simplifiés, l'architecture générale d'un moteur à auto-allumage à injection indirecte agencé conformément à l'invention pour la mise en œuvre du procédé décrit plus haut.
Le bloc moteur 30 comporte un nombre quelconque de cylindres 31 (quatre à titre d'exemple sur la figure 2B) . Comme visible à la figure 2A, chaque cylindre 31, ceinturé par une chemise 32 et abritant un piston 33, est défini dans une culasse 34. Des collecteurs d'admission 35 et d'échappement 36 débouchent dans la partie supérieure du cylindre. Des soupapes d'admission 37 et d'échappement 38, en nombre approprié (par exemple deux de chaque) , commandent la communication ou l'obturation de chaque collecteur avec la chambre 39 définie par le piston.
Les soupapes 37, 38 sont du type à commande individuelle, par exemple par un actionneur électromagnétique 40. Un capteur 41 permet de détecter la pression dans le cylindre ou l'ionisation.
Comme on le voit à la figure 2B, sur le collecteur d'admission 25 est prévu un papillon motorisé 42 muni d'un capteur de position 43.
Toujours sur le collecteur d'admission sont prévus un capteur de pression dans le collecteur 44 et un capteur de température 45.
Des injecteurs 46 sont disposés dans les tubulures subdivisant le collecteur d'admission pour chaque cylindre.
Un capteur de température 47 est prévu sur le bloc moteur pour mesurer la température de 1 ' eau de refroidissement du moteur. Une sonde proportionnelle 48 est montée sur le collecteur d'échappement pour la mesure d'oxygène dans les gaz d' échappement .
Une unité de commande 49 reçoit les informations fournies par les divers capteurs et émet les instructions de commande à destination des actionneurs 40 des soupapes 37, 38, du papillon motorisé 42, et des injecteurs 46 pour assurer le fonctionnement par auto-allumage du moteur à injection indirecte.
Les figures 3A et 3B illustrent, sous forme de deux schémas très simplifiés, l'architecture générale d'un moteur à auto-allumage à injection directe agencé conformément à l'invention pour la mise en œuvre du procédé décrit plus haut.
Les représentations des figures 3A et 3B sont calquées sur celles respectives des figures 2A et 2B, et les mêmes références numériques ont été conservées sur les figures 3A et 3B pour désigner les organes analogues à ceux des figures 2A et 2B. L'architecture du moteur des figures 3A et 3B est analogue à celle du moteur des figures 2A et 2B, à ceci près que les injecteurs 50 sont ici disposés directement au débouché des tubulures d'admission dans le cylindre (injection directe).

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne à quatre temps fonctionnant par auto-allumage d'un mélange air-essence introduit dans chaque cylindre du moteur, ce cylindre ayant des soupapes d'admission et d'échappement du type à actionneur individuel, caractérisé en ce que, pour commander les conditions d'auto-allumage, on commande : - le rapport volumétrique effectif,
- la masse d'air admise,
- la température de la masse d'air admise,
- la composition du mélange air-essence, et
- le taux de gaz brûlés .
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on commande le rapport volumétrique effectif par un choix des angles de distribution à l'admission permettant d'obtenir un effet Miller.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on commande la masse d'air admise en ajustant la pression de ladite masse d'air au moyen d'un papillon motorisé, tenant compte de la valeur des angles de distribution à l'admission, et de l'amplitude de soulèvement de la ou des soupape (s) d'admission.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on commande la composition du mélange air-essence par une commande de 1' injection.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'injection est une injection directe.
6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'injection est une injection indirecte.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on commande le taux de gaz brûlés par un choix des angles de distribution à 1 ' échappement .
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on effectue des mesures de l'oxygène dans les gaz d'échappement, de la pression régnant dans chaque cylindre, - de la température de l'air admis, de la pression régnant dans le collecteur d'admission, et en ce qu'à partir des valeurs mesurées, on corrige les informations de commande des angles de distribution à l'admission et/ou à l'échappement et de commande de l'injection.
9. Dispositif de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne à quatre temps fonctionnant par auto-allumage d'un mélange air-essence introduit dans chaque cylindre dudit moteur, ce cylindre ayant des soupapes d'admission et d'échappement du type à actionneur individuel, caractérisé en ce qu'il comporte (5-29), associés à chaque cylindre du moteur : - des moyens de commande du rapport volumétrique effectif,
- des moyens de commande de la masse d'air admise,
- des moyens (28) de commande de la température de la masse d'air admise, - des moyens de commande de la composition du mélange air-essence, et
- des moyens de commande du taux de gaz brûlés .
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de commande du rapport volumétrique effectif comprennent des moyens de commande des angles de distribution à l'admission propres à l'obtention d'un effet Miller.
11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que les moyens de commande de la masse d'air admise comprennent un papillon motorisé (42, 43) qui est associé à des moyens de commande en rotation prenant en compte la valeur des angles de distribution à l'admission et l'amplitude de soulèvement de la ou des soupape (s) d'admission et qui est propre à ajuster la pression de ladite masse d'air admise.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que les moyens de commande de la composition du mélange air-essence comprennent des moyens de commande de l'injection (17 - 24, 28) .
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de commande de l'injection sont associés fonctionnellement à des moyens d'injection directe (50).
14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de commande de l'injection sont associés fonctionnellement à des moyens d'injection indirecte (46).
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que les moyens de commande du taux de gaz brûlés comprennent des moyens de commande des angles de distribution à l'échappement.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend des capteurs constitués par - une sonde de type proportionnel (48) pour mesurer l'oxygène présent dans les gaz d' échappeme t, et/ou
- des capteurs (41) de la pression régnant dans chaque cylindre du moteur, et/ou
- un capteur (45) de la température de l'air et de l'eau, et/ou
- un capteur (44) de la pression régnant dans le collecteur d'admission, et en ce qu'il comprend des moyens (49) de traitement des informations prenant en compte les signaux délivrés par lesdits capteurs afin d'élaborer des signaux de commande corrigée destinés aux moyens de commande des angles de distribution à l'admission et/ou à l'échappement et aux moyens de commande de l'injection.
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