EP1115965A1 - Procede et dispositif de commande du mode de combustion d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Procede et dispositif de commande du mode de combustion d'un moteur a combustion interne

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EP1115965A1
EP1115965A1 EP00938888A EP00938888A EP1115965A1 EP 1115965 A1 EP1115965 A1 EP 1115965A1 EP 00938888 A EP00938888 A EP 00938888A EP 00938888 A EP00938888 A EP 00938888A EP 1115965 A1 EP1115965 A1 EP 1115965A1
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EP
European Patent Office
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engine
combustion
mode
combustion mode
efficiency
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EP00938888A
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Marc Lagier
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PSA Automobiles SA
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Peugeot Citroen Automobiles SA
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Publication of EP1115965B1 publication Critical patent/EP1115965B1/fr
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    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
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    • F02D41/3023—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the stratified charge spark-ignited mode
    • F02D41/3029—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the stratified charge spark-ignited mode further comprising a homogeneous charge spark-ignited mode

Definitions

  • the present invention relates to a four-stroke petrol engine with positive ignition for which:
  • the fuel is directly injected into the combustion chamber via a high pressure fuel supply system; - the control parameters are calculated and applied by a central control unit,
  • the exhaust gases are treated by one or more catalysts placed in the exhaust line.
  • the engine control unit processes the various engine stresses (driver's wishes, on-board electronic systems such as trajectory control or gearbox, etc.), synthesizes them and draws up a torque setpoint to be achieved by acting on the command parameters that are:
  • the engine control unit has several combustion modes to ensure this torque setpoint.
  • the richness of the mixture is an adimensional value defined as the ratio between the air / petrol proportions of a stoichiometric mixture and the same air / petrol proportion of the mixture in the combustion mode considered:
  • the richness is equal to 1 when the mixture is stoichiometric
  • - the richness is greater than 1 when the proportion of gasoline in the mixture is greater than that of the stoichiometric mixture.
  • the mixture is said to be "rich"
  • the combustion mode ensuring the best performance is the so-called "stratified" mode.
  • the fuel is injected into the combustion chamber at the end of the compression phase so that the richness of the mixture near the spark plug at the time of ignition is sufficient to ensure combustion.
  • the overall mixture has a very large excess of air (average richness of the order of 0.4) which allows:
  • This "stratified" combustion mode is therefore preferred for low torque demands but cannot respond to all engine demands by the driver.
  • two combustion modes can be used, both characterized by the injection of fuel into the chamber during the intake phase.
  • the richness of the mixture is equal to 1.
  • This mode is necessary for high demands on engine torque, demands requiring high fuel flow rates.
  • a rich homogeneous mode is also defined for the full load of the motor. This mode will not be mentioned here because it is not specific and can be assimilated to the homogeneous stoichiometric mode for the aspects treated.
  • the preferred combustion mode to optimize consumption can be shown diagrammatically by the graph of the engine torque as a function of the engine rotation speed shown in FIG. 1.
  • the engine control unit calculates the air, fuel and ignition advance commands to comply at all times with the torque setpoint.
  • This "torque" command ensures a torque equal to the driver's request, including during mode changes.
  • the quality of the monitoring of the torque setpoint is dependent on the dispersions that can cause the aging of the engine components, the dispersions during manufacturing or even the variable characteristics of commercial fuels.
  • Pollutant emissions from the engine are treated by a catalytic system integrated into the exhaust.
  • This system can be composed of one or more elements intended to oxidize or reduce the toxic components of the exhaust gases.
  • the most dangerous components are unburnt hydrocarbons (Hc), carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NOx).
  • this catalyst Associated with a fine regulation of the richness of the air-fuel mixture making it possible to cause small amplitude fluctuations of the richness around 1, this catalyst allows an excellent overall conversion of the two pollutants.
  • the invention aims to create a method and a device for overall management of the constraints linked to the choice of combustion mode.
  • the constraints taken into account are the fuel consumption, the driving pleasure of the vehicle and the efficiency of treatment of pollutants during the rise in temperature after starting the engine.
  • the subject of the invention is therefore a method of controlling the combustion mode of a four-stroke petrol engine with positive ignition equipped with a system for direct injection of fuel into the combustion chamber, of at least one catalyst.
  • a control system receiving information relating to the rotation speed and the engine load, the position of the accelerator pedal, and the engine and gas temperatures d '' exhaust, characterized in that an estimate is made of the combustion efficiency of the different modes available and taking into account said information relating to the rotation speed and the engine load, the position of the accelerator pedal and the temperatures of the engine and exhaust gases, the choice of a priority combustion mode is controlled on the basis of said estimation of the combustion efficiency of the different modes available.
  • the invention also relates to a device for controlling the combustion mode of a four-stroke gasoline engine with controlled ignition equipped with a system for direct injection of fuel into the combustion chamber, at least a catalyst placed in the engine exhaust line and a control system receiving sensors, information relating to the rotation speed and the engine load, the position of the accelerator pedal and the engine temperatures and exhaust gases, for the implementation of the process defined above, characterized in that the control system comprises means for controlling the choice of a priority combustion mode taking account of said information and from '' an estimate of the combustion efficiency of the various modes available. According to other characteristics:
  • the device includes a control algorithm making it possible to calculate the combustion efficiency taking into account the thermal state of the combustion chamber, - the control algorithm makes it possible to correct the priority combustion mode using a switching efficiency allowing to anticipate driver behavior and thus to avoid inadvertent combustion mode changes on stealthy change of priority combustion mode,
  • control algorithm makes it possible to anticipate the driver's behavior based on the combined analysis of the engine torque setpoints before and after application of the filters intended to soften the torque transitions to ensure good driving pleasure .
  • control algorithm makes it possible to correct the combustion mode by taking into account the processing efficiency of said at least one catalytic element of the exhaust line during the rise in temperature after starting the engine.
  • a priority combustion mode is defined by the minimum consumption criterion.
  • the performance of a combustion mode is expressed in the form of a combustion efficiency and the combustion mode ensuring the best efficiency is chosen as the priority mode,
  • the control unit tests the stability over time of the new mode.
  • the objective of this test is to detect stealth changes that should not be applied, otherwise the user will experience sensitive torque. Stealth changes are detected by anticipating driver behavior.
  • the engine control unit evaluates the efficiency of treatment of pollutants by the catalysis system.
  • This estimate of the efficiency allows the control unit to impose, during the rise in temperature, the combustion mode guaranteeing the lowest level of pollutant emission. Once the nominal operating temperature is reached, this constraint fades and the priority combustion mode is authorized.
  • - Fig.1 is a graph of the engine torque as a function of the speed motor rotation
  • - Fig.2 is a block diagram of a device for controlling the combustion mode of an internal combustion engine according to the invention
  • Fig.3 is a flowchart of the development of the combustion mode
  • Fig.4 is a graph as a function of time of the combustion mode
  • - Fig.5 is a flowchart of the E-Commute calculation algorithm
  • - Fig.6 is a graphical representation of the stealth change of the priority combustion mode
  • - Fig.7 is a graphic representation of the confirmed change in priority combustion mode on E-Commut
  • - Fig.8 is a graphical representation of the confirmed change in priority combustion mode on strong acceleration of the driver; - Fig.9 shows an example of behavior of the different processing efficiencies of the exhaust line; and
  • FIG. 2 represents an internal combustion engine 1, for example a four-stroke engine, with spark ignition gasoline, provided with a high pressure fuel supply system 2 injecting the fuel directly into the chamber combustion engine, a catalyst 3 placed in the exhaust line 4 and a control system 5 connected to a sensor 6 of the engine speed and load speed, to a sensor 7 of the accelerator pedal position 8 , to an engine temperature sensor 9 and to an exhaust gas temperature sensor 10.
  • an internal combustion engine for example a four-stroke engine, with spark ignition gasoline, provided with a high pressure fuel supply system 2 injecting the fuel directly into the chamber combustion engine, a catalyst 3 placed in the exhaust line 4 and a control system 5 connected to a sensor 6 of the engine speed and load speed, to a sensor 7 of the accelerator pedal position 8 , to an engine temperature sensor 9 and to an exhaust gas temperature sensor 10.
  • the combustion efficiency is evaluated and the priority combustion mode is established.
  • step 12 the efficiency of switching between modes is evaluated.
  • step 13 the mode transitions are managed from the data received from steps 11 and 12.
  • the processing efficiency of the exhaust system is evaluated.
  • the pollution control constraint is taken into account and information on the final combustion mode is delivered.
  • the combustion efficiency E-Comb is defined as follows specific consumption of the engine in combustion mode i
  • E-Comb; ; Lowest specific engine consumption for the operating point
  • E-Comb 1 for the combustion mode ensuring the lowest specific consumption.
  • the efficiency in mode i is configured from the static characterization performed on the bench. It is a function: there
  • Chamber temperature Thermal state of the combustion chamber. Chamber temperature is initialized to the engine water temperature before starting the engine.
  • T ° chamber tends to a value T ° chamber stabilized
  • T 0 sta ilis cha mbre é F (Speed, Torque) x Ki F being the fundamental characteristic of the engine. It is estimated by calculation and corresponds to the nominal conditions in operation at 20 ° ambient in homogeneous combustion mode with a richness equal to 1.
  • Ki is a degradation coefficient allowing to model the decrease in combustion temperatures in lean mixture (homogeneous or laminate).
  • T ° chamber The filtering of T ° chamber is intended to reach T ° stabilized chamber II is a function of the engine water temperature.
  • the filter used makes it possible to model the thermal inertia of all the parts making up the combustion chamber.
  • the priority combustion mode is that which ensures the best combustion efficiency.
  • the E-Commut switching efficiency is calculated.
  • the switching efficiency only occurs when the priority combustion mode is changed.
  • the objective of the efficiency calculation is to avoid repeated mode changes for small variations in the torque requested by the driver in a limit zone of operation between two modes.
  • the initial combustion mode is 1.
  • the driver increases its torque demand and E-Comb z becomes greater than E-Comb., (The same principle can be applied for any variation of the priority combustion mode).
  • combustion mode 1 is capable of supplying the requested torque (without ensuring, by definition, the best consumption).
  • the engine control system 5 scans for variations in the driver's room.
  • step 20 for waiting for a calculation step.
  • E-Commut 0 on the first calculation after crossing C12 and we go to test step 24 to determine if Cbrut> C12 + DC1.
  • E-Commut 0 and we return to step 21 of testing E-Commut.
  • E-Commut Ecommut + ⁇ .
  • FIG. 6 represents a stealthy change in the priority combustion mode, which the strategy described makes it possible to avoid.
  • the graph in FIG. 6 represents the values of the couples as a function of time.
  • the curve (a) in solid lines shows the evolution over time of the value of Cfiltré.
  • the dashed curve (ai) shows the corresponding evolution of Cbrut.
  • the line (a2) parallel to the time axis represents C12.
  • the line (a3) parallel to the time axis represents DC1 + C12.
  • the curve (b) extending in step on either side of the time axis, represents the value of Cbrut (n) - Cbrut (n-I).
  • Curve (c) represents the variation of E-Commut.
  • the curve (a) in solid lines represents Cfiltré
  • the curve (ai) in dotted lines represents Cbrut.
  • Curve (b) represents Cbrut (n) - Cbrut (n-1).
  • Curve (c) represents E-Commut. We see from this curve that combustion mode 2 is applied when E-Commut reaches 1.
  • FIG. 8 represents the confirmed change in the priority combustion mode on strong acceleration of the driver.
  • Curve (a) in solid lines represents the change in the value of Cfiltré.
  • Curves a2 and a3 represent the constant values of C12 and DCL.
  • Curve (b) represents Cbrut (n) - Cbrut (n-1).
  • Curve (c) represents E-Commut.
  • Mode 2 is applied when Cbrut reaches the value of DC1.
  • E-Ech R ⁇ 1 Nox l (T °,) Efficiency of treatment of Nox with richness ⁇ 1 by element i
  • E-Ech R ⁇ 1 Hc , (T °,) Efficiency of treatment of hydrocarbons with richness ⁇ 1 by element i.
  • E-Ech R ⁇ 1 HC Sup (E-Ech R ⁇ 1 ⁇ HC ⁇ l )
  • E-Ech R ⁇ 1 Nox Sup (E-Ech R ⁇ 1 Nox ,)
  • E-Ech R ⁇ 1 Inf (E-Ech R ⁇ 1 ⁇ Hc ; E-Ech R ⁇ 1 ⁇ Nox )
  • FIG. 9a represents the behavior of the treatment efficiency of the exhaust system with two elements, HC and NOX for a mixture of richness equal to 1.
  • FIG. 9b represents the behavior of the processing efficiency of the two-element exhaust line for a lean mixture.
  • FIG. 9c represents the synthesis of the treatment efficiency behaviors represented in FIGS. 9a and 9b.
  • the treatment efficiency is further modified when the efficiency of the catalytic treatment is taken into account.
  • the priority combustion mode is only authorized if the overall efficiency of the exhaust system for the richness associated with the treatment mode is sufficient to avoid the emission of pollutants to the atmosphere. If no efficiency is sufficient to authorize the priority combustion mode, a combustion mode specific to pollution control is imposed.
  • This mode depends on the characteristics of the engine.
  • the graph in FIG. 10 represents the treatment efficiency behavior of the exhaust line taking into account the catalytic treatment efficiency.
  • the graph is delimited in three regions I, II, III, separated by vertical dotted lines intersecting the temperature axis.
  • any priority mode of combustion cannot be applied.
  • a specific combustion mode intended to rapidly increase the temperature of the exhaust system is imposed.

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Description

Procédé et dispositif de commande du mode de combustion d'un moteur à combustion interne.
La présente invention concerne un moteur à quatre temps à essence, à allumage commandé pour lequel :
- le carburant est directement injecté dans la chambre de combustion par l'intermédiaire d'un système d'alimentation en carburant à haute pression; - les paramètres de commande sont calculés et appliqués par une unité centrale de contrôle,
- les gaz d'échappement sont traités par un ou plusieurs catalyseurs placés dans la ligne d'échappement.
L'unité de contrôle du moteur traite les différentes sollicitations du moteur (volonté du conducteur, systèmes électroniques embarqués type Contrôle de trajectoire ou boîte de vitesse...), en fait la synthèse et élabore une consigne de couple à réaliser par action sur les paramètres de commande que sont :
- le débit d'air
- la quantité de carburant injectée - l'avance à l'allumage appliquée.
Pour un moteur à essence à injection directe, l'unité de contrôle du moteur dispose de plusieurs modes de combustion pour assurer cette consigne de couple.
Elle doit donc à chaque instant évaluer le mode de combustion réali- sant le meilleur compromis consommation de carburant/agrément de conduite/dépollution des gaz d'échappement.
Une des caractéristiques fondamentales des modes de combustion est la richesse du mélange air/carburant qu'elles permettent.
La richesse du mélange est une valeur adimensionnelie définie comme le rapport entre les proportions air/essence d'un mélange stoechiométri- que et la même proportion air/essence du mélange dans le mode de combustion considéré :
(DébitAir I DébitCarburant)stoechiométrie
Richesse pour le mode de combustion i = ; —
(DébitAir 1 DébitCarburant)mode i
Par définition : - la richesse est égale à 1 lorsque le mélange est stoechiométrique, - la richesse est supérieure à 1 lorsque la proportion d'essence dans le mélange est plus importante que celle du mélange stoechiométrique. Le mélange est dit "riche",
- la richesse est inférieure à 1 lorsque la proportion d'essence dans le mélange est inférieur à celle du mélange stoechiométrique. Le mélange est dit
"pauvre".
Le mode de combustion assurant le meilleur rendement est le mode dit : "stratifié".
Dans ce mode, le carburant est injecté dans la chambre de combus- tion en fin de phase de compression afin que la richesse du mélange à proximité de la bougie au moment de l'allumage soit suffisante pour assurer la combustion.
Le mélange global présente un excès d'air très important (richesse moyenne de l'ordre de 0,4) ce qui permet :
- une augmentation du rendement de combustion du moteur, - une augmentation de la pression moyenne régnant dans le répartiteur d'admission et ainsi une diminution des pertes "par pompage".
La plage d'utilisation de ce mode de combustion est physiquement limitée par le remplissage maximum en air des cylindres associé à la pression maximum dans le plénum (pleine charge en air). Ce mode de combustion "stratifié" est donc privilégié pour les faibles demandes de couple mais ne peut répondre à toutes les sollicitations du moteur par le conducteur.
Pour les sollicitations en couple plus importantes, deux modes de combustion peuvent être employés, tous deux caractérisés par l'injection du car- burant dans la chambre pendant la phase d'admission.
Cette injection permet un mélange homogène de l'air et du carburant. La distinction entre les deux modes de combustion "homogènes" se fait par le niveau moyen de richesse associé : Mode homogène pauyre La richesse moyenne du mélange est de l'ordre de 0,75.
Ce mode présente les mêmes avantages que le mode stratifié précédemment décrit, limités par le niveau global de richesse qui doit être suffisant pour assurer la combustion du mélange. Mode homogène stoechiométrique
La richesse du mélange est égale à 1.
Ce mode est nécessaire pour les fortes demandes en couple moteur, demandes nécessitant des débits de carburant importants. On définit également un mode homogène riche pour la pleine charge du moteur. Ce mode ne sera pas évoqué ici car il n'est pas spécifique et peut être assimilé au mode homogène stoechiométrique pour les aspects traités.
Le mode de combustion privilégié pour optimiser la consommation peut être schématisé par le graphique du couple moteur en fonction du régime de rotation du moteur représenté à la figure 1.
La transition d'un mode de combustion à un autre doit être réalisée sans effet sensible pour le conducteur.
Cette contrainte impose une gestion complexe des actionneurs par l'unité de contrôle du moteur. Par exemple, sans action spécifique de l'unité de contrôle, le passage d'un mode de fonctionnement en mélange pauvre vers le mode de fonctionnement homogène stoechiométrique provoque une augmentation brusque et importante du couple qui doit être évitée.
Pour ce faire, l'unité de contrôle du moteur calcule les commandes en air, carburant et avance à l'allumage pour respecter à chaque instant la consigne de couple.
Cette commande "en couple" permet d'assurer un couple égal à la demande du conducteur y compris lors des changements de mode.
Cependant, la qualité du suivi de la consigne de couple est tributaire des dispersions que peuvent provoquer le vieillissement des composants du moteur, les dispersions à la fabrication ou encore les caractéristiques variables des carburants du commerce.
Ces variations risquent de perturber la commande en couple et en conséquence, de rendre les changements de mode perceptibles pour l'utilisateur. II est donc important de ne provoquer un changement de mode de combustion que sur les changements durables de point de fonctionnement du moteur. On va maintenant évoquer l'influence du mode de combustion sur les émissions de polluant.
Les émissions de polluant du moteur sont traitées par un système de catalyse intégré à l'échappement. Ce système peut être composé d'un ou plusieurs éléments destinés à oxyder ou réduire les composantes toxiques des gaz d'échappement.
Les composants les plus dangereux sont les hydrocarbures imbrûlés (Hc), le monoxyde de carbone (CO) et les oxydes d'azote (NOx).
Le CO et les Hc doivent être oxydés pour être convertis en C02 + H20. les Nox doivent être réduits pour être convertis en H2 + 02.
Lorsque le mélange air-essence est stoechiométrique, la double fonction d'oxydation et de réduction est assurée par un catalyseur trifonctionnel.
Associé à une régulation fine de la richesse du mélange air-carburant permettant de provoquer des fluctuations de faible amplitude de la richesse autour de 1 , ce catalyseur permet une excellente conversion globale des deux polluants.
Lorsque le mélange air-essence est pauvre, seule la fonction d'oxydation peut être assurée par le catalyseur trifonctionnel. La fonction de réduction peut alors être assurée de différentes façons:
- stockage des Nox en mélange pauvre puis réduction lors des phases de fonctionnement du moteur à richesse supérieure ou égale à 1 ,
- formulation chimique permettant d'assurer une réduction en mélange pauvre. Quelle que soit la définition du système catalytique, son efficacité de traitement est très faible tant que sa température n'a pas atteint un seuil d'amorçage des réactions chimiques.
Tant que ce seuil d'amorçage (de l'ordre de 250°) n'est pas atteint, une gestion spécifique du moteur s'impose afin : - de minimiser autant que possible les émissions de base du moteur,
- d'augmenter le plus rapidement possible la température du système catalytique. Cette gestion privilégie la contrainte de dépollution au détriment de la consommation de carburant. Elle doit donc être levée dès que l'unité de contrôle détecte une efficacité suffisante pour convertir les polluants dans le mode de combustion privilégiant la consommation. L'invention vise à créer un procédé et un dispositif de gestion globale des contraintes liées au choix du mode de combustion.
Les contraintes prises en compte sont la consommation de carburant, l'agrément de conduite du véhicule et l'efficacité de traitement des polluants lors de la montée en température après démarrage du moteur. L'invention a donc pour objet un procédé de commande du mode de combustion d'un moteur à essence à quatre temps à allumage commandé équipé d'un système d'injection directe du carburant dans la chambre de combustion, d'au moins un catalyseur placé dans la ligne d'échappement du moteur et d'un système de contrôle recevant des informations relatives au régime de rotation et à la charge du moteur, à la position de la pédale d'accélérateur, et aux températures du moteur et des gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'on établit une estimation de rendement de combustion des différents modes disponibles et compte tenu desdites informations relatives au régime de rotation et à la charge du moteur, à la position de la pédale d'accélérateur et aux températures du mo- teur et des gaz d'échappement, on commande le choix d'un mode de combustion prioritaire à partir de ladite estimation du rendement de combustion des différents modes disponibles.
L'invention a également pour objet un dispositif de commande du mode de combustion d'un moteur à essence à quatre temps à allumage com- mandé équipé d'un système d'injection directe du carburant dans la chambre de combustion, d'au moins un catalyseur placé dans la ligne d'échappement du moteur et d'un système de contrôle recevant de capteurs, des informations relatives au régime de rotation et à la charge du moteur, à la position de la pédale d'accélérateur et aux températures du moteur et des gaz d'échappement, pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, caractérisé en ce que le système de contrôle comporte des moyens pour commander le choix d'un mode de combustion prioritaire en tenant compte desdites informations et à partir d'une estimation du rendement de combustion des divers modes disponibles. Suivant d'autres caractéristiques :
- le dispositif comporte un algorithme de contrôle permettant de calculer le rendement de combustion en tenant compte de l'état thermique de la chambre de combustion, - l'algorithme de contrôle permet de corriger le mode de combustion prioritaire à l'aide d'un rendement de commutation permettant d'anticiper le comportement du conducteur et ainsi d'éviter les changements de mode de combustion intempestifs sur changement furtif du mode de combustion prioritaire,
- l'algorithme de contrôle permet d'anticiper le comportement du con- ducteur à partir de l'analyse combinée des consignes de couple moteur avant et après application des filtres destinés à adoucir les transitions de couple pour assurer un bon agrément de conduite du véhicule.
- l'algorithme de contrôle permet de corriger le mode de combustion en tenant compte de l'efficacité de traitement dudit au moins un élément catalyti- que de la ligne d'échappement lors de la montée en température après le démarrage du moteur.
La gestion des contraintes est hiérarchisée comme suit :
- un mode de combustion prioritaire est défini par le critère de consommation minimum. La performance d'un mode de combustion est exprimée sous la forme d'un rendement de combustion et le mode de combustion assurant le meilleur rendement est choisi comme mode prioritaire,
- si ce mode prioritaire évolue, l'unité de contrôle teste la stabilité dans le temps du nouveau mode. Ce test a pour objectif de détecter les évolutions furtives qui ne doivent pas être appliquées sous peine d'effet sur le couple sensibles pour l'utilisateur. La détection des évolutions furtives se fait par anticipation du comportement du conducteur.
Cette anticipation est rendue possible par le filtrage de la volonté du conducteur imposé en permanence pour lisser la demande en couple et ainsi garantir un bon agrément de conduit du véhicule.
La comparaison des couples de consigne avant et après filtrage permet une discrimination entre les changements de mode qui doivent être appliqués sans temporisation et ceux qui ne doivent pas être appliqués. Le mode de combustion tenant compte des contraintes de consommation et d'agrément de conduite est enfin confronté à la contrainte de dépollution imposée par le système de catalyse.
Après démarrage du moteur, l'unité de contrôle du moteur évalue l'ef- ficacité de traitement des polluants par le système de catalyse.
Cette estimation de l'efficacité, exprimée sous le forme de rendement de conversion, permet à l'unité de contrôle d'imposer pendant la montée en température le mode de combustion garantissant le plus faible niveau d'émission de polluant. Une fois la température nominale de fonctionnement atteinte, cette contrainte s'estompe et le mode de combustion prioritaire est autorisé.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la Fig.1 est un graphique du couple moteur en fonction du régime de rotation d'un moteur;
- la Fig.2 est un schéma synoptique d'un dispositif de commande du mode de combustion d'un moteur-combustion interne suivant l'invention;
- la Fig.3 est un organigramme de l'élaboration du mode de combus- tion; la Fig.4 est un graphique en fonction du temps du mode de combus- tion;
- la Fig.5 est un organigramme de l'algorithme de calcul de E-Commut;
- la Fig.6 est une représentation graphique du changement furtif du mode de combustion prioritaire;
- la Fig.7 est une représentation graphique du changement confirmé de mode de combustion prioritaire sur E-Commut;
- la Fig.8 est une représentation graphique du changement confirmé du mode de combustion prioritaire sur accélération forte du conducteur; - la Fig.9 montre un exemple de comportement des différentes efficacités de traitement de la ligne d'échappement; et
- la Fig.10 est un graphique de prise en compte du traitement catalytique. Le schéma synoptique de la figure 2 représente un moteur à combustion interne 1 , par exemple un moteur à quatre temps, à essence à allumage commandé, pourvu d'un système 2 d'alimentation en carburant à haute pression injectant directement le carburant dans la chambre de combustion du moteur, un catalyseur 3 placé dans la ligne d'échappement 4 et un système de contrôle 5 relié à un capteur 6 du régime de rotation et de charge du moteur, à un capteur 7 de position de la pédale d'accélération 8, à un capteur 9 de la température du moteur et à un capteur 10 de la température des gaz d'échappement.
On va maintenant donner en référence à la figure 3, un aperçu géné- rai de l'élaboration du mode de combustion.
Au cours d'une étape 11 , on évalue l'efficacité de la combustion et l'on établit le mode de combustion prioritaire.
Au cours d'une étape 12, on évalue l'efficacité de commutation entre modes. Au cours d'une étape 13, on réalise la gestion des transitions de mode à partir des données reçues des étapes 11 et 12.
Au cours d'une étape 14, on évalue l'efficacité de traitement du système d'échappement.
Au cours d'une étape 15, on prend en compte la contrainte de dépol- lution et on délivre une information de mode de combustion final.
Le calcul de l'efficacité de combustion E-Comb va maintenant être décrit.
L'efficacité de combustion E-Comb est définie de la manière suivante consommation spécifique du moteur dans le mode de combustion i
E-Comb; = ; consommation spécifique du moteur la plus faible pour le point de fonctionnement Par définition, E-Comb=1 pour le mode de combustion assurant la consommation spécifique la plus faible.
Par convention, E-Comb^O si le point de fonctionnement du moteur ne peut être assuré dans le mode de combustion i.
L'efficacité dans le mode i est paramétrée à partir de la caractérisation statique effectuée au banc. Elle est fonction : y
- du couple demandé au moteur,
- du régime de rotation,
- de l'état thermique de la chambre de combustion (T°chambrβ).
E-Combr F^Couple, Régime) x Gi(T0 chambre). L'estimation de T°chambre est faite à partir du modèle physique suivant :
T°chambre=Etat thermique de la chambre de combustion. T°chambre est initialisé à la température de l'eau du moteur avant démarrage du moteur.
Après démarrage, T°chambre tend vers une valeur T°chambre stabilisé Le calcul de T°chambre stabilisé est assuré par la relation suivante :
T0 chambre sta ilisé = F(Régime, Couple) x Ki F étant la caractéristique fondamentale du moteur. Elle est estimée par calcul et correspond aux conditions nominales en fonctionnement à 20° ambiant en mode de combustion homogène avec une ri- chesse égale à 1.
Ki est un coefficient de dégradation permettant de modéliser la diminution des températures de combustion en mélange pauvre (homogène ou stratifié).
Le filtrage de T°chambre est destiné à atteindre T°chambre stabilisé II est fonction de la température de l'eau du moteur.
Le filtre utilisé permet de modéliser l'inertie thermique de l'ensemble des pièces composant la chambre de combustion.
On va maintenant décrire la détermination du mode de combustion prioritaire. Le mode de combustion prioritaire est celui qui assure la meilleure efficacité de combustion.
A cet effet, on calcule l'efficacité de commutation E-Commut. L'efficacité de commutation intervient uniquement lors d'un changement du mode de combustion prioritaire. L'objectif du calcul de l'efficacité est d'éviter les changements de mode répétés pour de faibles variations du couple demandé par le conducteur dans une zone limite de fonctionnement entre deux modes. Définitions préliminaires
Le mode de combustion initial est le 1. Le conducteur augmente sa demande de couple et E-Combz devient supérieur à E-Comb., (le même principe peut être appliqué pour toute variation du mode de combustion prioritaire). On distingue deux couples de consigne.
- Cbrut : couple de consigne avant filtrage par le système de contrôle du moteur pour assurer un bon agrément de conduite;
- Cfiltré : couple de consigne après filtrage par le système de contrôle du moteur pour assurer un bon agrément de conduite. Pour Cfiltré <C12 + DC1 ), le mode de combustion 1 est capable de fournir le couple demandé (sans assurer par définition, la meilleure consommation).
A partir du couple de consigne Cbrut, on calcule E-Commut. E-Commut est initialisé à O lorsque Cfiltré dépasse C12 (Fig.4). Si le couple avant filtrage dépasse le couple maximum pouvant être délivré dans le mode 1 , le changement de mode doit être appliqué sans délai. Si Cbrut > C12 + DC1 , alors E-Commut = 1.
Si le couple avant filtrage reste inférieur au couple maximum délivrable dans le mode 1 , le système 5 de contrôle du moteur scrute les variations de la chambre du conducteur.
Si le conducteur augmente sa demande de couple, le changement de mode est appliqué sans délai.
Si Cbrut (n) - Cbrut(n-I) > DCconsI alors E-Commut = 1. Si le conducteur stabilise sa demande, E-Commut est incrémenté et tend vers 1.
Si Cbrut (n) - Cbrut(n-I ) e[DCcons2, DCconsI], E-Commut(n) = E-Commut (n-1 ) + Δ.
Si le conducteur diminue sa demande (tout en restant dans le domaine où le mode 2 assure la meilleure consommation), le changement de mode n'est pas appliqué.
Si Cbrut (n) - Cbrut(n-I ) < DCcons2, alors E-Commut = 0. L'algorithme détaillé de contrôle assurant le calcul de E-Commut stocké en mémoire du système de contrôle 5 est présenté à la figure 5 et va maintenant être décrit en référence à cette figure.
Cet algorithme comporte une phase 20 d'attente d'un pas de calcul qui reçoit le résultat d'un test de E-Commut effectué au cours de l'étape 21 au cours de laquelle on vérifie si TEST E-Commut = 1.
Dans l'affirmative, on passe à l'étape 22 d'autorisation du mode de combustion.
Dans le cas contraire, on passe à l'étape 20 d'attente d'un pas de cal- cul.
Puis au cours de la phase 23, on procède au test pour déterminer si Cfiltré > C12.
Dans la négative, on revient à l'étape d'attente 10.
Dans l'affirmative, E-Commut = 0 sur le premier calcul après franchis- sèment de C12 et on passe à l'étape de test 24 pour déterminer si Cbrut > C12 + DC1.
Si tel est le cas, E-Commut = 1 et on revient à l'étape 21 de test de E- Commut = 1.
Dans le cas contraire, on passe à l'étape de test 25 pour déterminer si Cbrut(n) - Cbrut (n-1 ) > DCconsI .
Si c'est vrai, on passe à nouveau à E-Commut = 1.
Dans le cas contraire, on passe à l'étape 26 de test pour déterminer si Cbrut (n) - Cbrut (n-1 ) < DCcons2.
Si c'est vrai, E-Commut = 0 et on retourne à l'étape 21 de test de E- Commut.
Si c'est faux, E-Commut = Ecommut + Δ.
Plusieurs exemples de comportement de E-Commut sont représentés aux figures 6 à 8.
La figure 6 représente un changement furtif du mode de combustion prioritaire, que la stratégie décrite permet d'éviter.
Le graphique de la figure 6 représente les valeurs des couples en fonction du temps. La courbe (a) en trait plein montre l'évolution dans le temps de la valeur de Cfiltré.
La courbe (ai ) en pointillé montre l'évolution correspondante de Cbrut.
La droite (a2) parallèle à l'axe des temps représente C12. La droite (a3) parallèle à l'axe de temps représente DC1 + C12.
La courbe (b) s'étendant en échelon de part et d'autre de l'axe de temps, représente la valeur de Cbrut(n) - Cbrut(n-I ).
La courbe (c) représente la variation de E-Commut.
La figure 7 représente le changement confirmé du mode de combus- tion prioritaire sur la condition E-Commut = 1.
La courbe (a) en trait piein représente Cfiltré, la courbe (ai) en pointillé représente Cbrut.
Ces deux courbes coupent la valeur constante de C12 représentée par la droite (a2). La droite horizontale (a3) représente DC1. La courbe (b) représente Cbrut(n) - Cbrut (n-1 ).
La courbe (c) représente E-Commut. On voit d'après cette courbe que le mode 2 de combustion est appliqué lorsque E-Commut atteint 1.
La figure 8 représente le changement confirmé du mode de combustion prioritaire sur accélération forte du conducteur. La courbe (a) en trait plein représente l'évolution de la valeur de Cfiltré.
La courbe (ai ) en pointillé, celle de Cbrut.
Les courbes a2 et a3 représentent les valeurs constantes de C12 et de DCL La courbe (b) représente Cbrut(n) - Cbrut (n-1).
La courbe (c) représente E-Commut.
Le mode 2 est appliqué lorsque Cbrut atteint la valeur de DC1.
L'utilisation de E-Commut est assurée comme suit.
Tant que E-Commut <1 , le franchissement de C12 par Cfiltré, ne pro- voque pas de changement de mode de combustion (Fig.6).
Si E-Commut = 1 , le changement de mode de combustion est appliqué (Fig.7 et 8). On va maintenant décrire le calcul de l'efficacité de traitement catalytique de la ligne d'échappement E-Ech.
L'efficacité est modélisée en fonction :
- du polluant considéré (HC, Nox), - de la richesse moyenne des gaz d'échappement (donc implicitement du mode de combustion),
- de la température du ou des éléments catalytiques de la ligne d'échappement.
Par convention : T°, = Température de l'élément i de la ligne d'échappement
E-EchR=1 Nox l(T°,) = Efficacité de traitement des Nox à richesse 1 par l'élément i
E-EchR=1 Hc ,(T°,) = Efficacité de traitement des hydrocarbures à richesse 1 par l'élément i. E-EchR<1 Nox l(T°,) = Efficacité de traitement des Nox à richesse <1 par l'élément i
E-EchR<1 Hc ,(T°,) = Efficacité de traitement des hydrocarbures à richesse <1 par l'élément i.
Pour l'ensemble du système d'échappement, on définit une efficacité globale par polluant et par mode de combustion : E-EchR=1 HC=Sup (E-EchR=1ιHCιl) E-EchR=1 Nox=Sup (E-EchR=l Nox l) E-EchR<1 HC=Sup (E-EchR<1ιHCιl) E-EchR<1 Nox=Sup (E-EchR<1 Nox ,) Pour l'ensemble des polluants et du système d'échappement, on définit un efficacité globale par mode de combustion : E-EchR=1= Inf (E-EchR=1 Hc; E-EchR=1ιNox) E-EchR<1= Inf (E-EchR<1ιHc; E-EchR<1ιNox)
Un exemple de comportement de ces différentes efficacités est donné à la figure 9.
La figure 9a représente le comportement de l'efficacité de traitement de la ligne d'échappement à deux éléments, HC et NOX pour un mélange de richesse égale à 1. La figure 9b représente le comportement de l'efficacité de traitement de la ligne d'échappement à deux éléments pour un mélange pauvre.
La figure 9c représente la synthèse des comportements de l'efficacité de traitement représentés aux figures 9a et 9b. L'efficacité de traitement est encore modifiée lorsque l'on prend en compte l'efficacité du traitement catalytique.
Le mode de combustion prioritaire n'est autorisé que si l'efficacité globale du système d'échappement pour la richesse associée au mode de traitement est suffisante pour éviter l'émission de polluants à l'atmosphère. Si aucune efficacité n'est suffisante pour autoriser le mode de combustion prioritaire, un mode de combustion spécifique à la dépollution est imposé.
Ce mode est fonction des caractéristiques du moteur.
Il pourra s'agir par exemple d'une double injection homogène-stratifié avec retrait d'avance à l'allumage.
Un exemple de choix du mode de combustion final est présenté à la figure 10.
Le graphique de la figure 10 représente le comportement d'efficacité de traitement de la ligne d'échappement en prenant en compte l'efficacité de traitement catalytique.
Le graphique est délimité en trois régions I, II, III, séparées par des lignes verticales en pointillé coupant l'axe des températures.
Dans la région I, le mode de combustion prioritaire quel qu'il soit ne peut être appliqué. Un mode de combustion spécifique destiné à augmenter rapidement la température du système d'échappement est imposé.
Dans la région II, le mode de combustion prioritaire peut être appliqué si il permet un fonctionnement à richesse = 1.
Dans la région III, le mode de combustion prioritaire peut être appli- que.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de commande du mode de combustion d'un moteur (1 ) à essence à quatre temps à allumage commandé équipé d'un système (2) d'injection directe du carburant dans la chambre de combustion, d'au moins un cataly- seur (3) placé dans la ligne d'échappement (4) du moteur et d'un système de contrôle (5) recevant des informations (6,7,9,10) relatives au régime de rotation et à la charge du moteur, à la position de la pédale d'accélérateur, et aux températures du moteur et des gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'on établit une estimation de rendement de combustion des différents modes disponibles et compte tenu desdites informations relatives au régime de rotation et à la charge du moteur, à la position de la pédale d'accélérateur et aux températures du moteur et des gaz d'échappement, on commande le choix d'un mode de combustion prioritaire à partir de ladite estimation du rendement de combustion des différents modes disponibles.
2. Dispositif de commande du mode de combustion d'un moteur (1 ) à essence à quatre temps à allumage commandé équipé d'un système (2) d'injection directe du carburant dans la chambre de combustion, d'au moins un catalyseur (3) placé dans la ligne d'échappement (4) du moteur (1 ) et d'un système (5) de contrôle recevant de capteurs (6,7,9,10), des informations relatives au régime de rotation et à la charge du moteur, à la position de la pédale d'accélérateur et aux températures du moteur et des gaz d'échappement, pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que le système de contrôle (5) comporte des moyens (Fig.5) pour commander le choix d'un mode de combustion prioritaire en tenant compte desdites informations et à partir d'une estimation du rendement de combustion des divers modes disponibles.
3. Dispositif de commande suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un algorithme de contrôle (Fig.5) permettant de calculer le rendement de combustion en tenant compte de l'état thermique de la chambre de combustion.
4. Dispositif de commande suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'algorithme de contrôle (Fig.5) permet de corriger le mode de combustion prioritaire à l'aide d'un rendement de commutation permettant d'anticiper le corn- portement du conducteur et ainsi d'éviter les changements de mode de combustion intempestifs sur changement furtif du mode de combustion prioritaire.
5. Dispositif de commande suivant l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'algorithme de contrôle (Fig.5) permet d'anticiper le com- portement du conducteur à partir de l'analyse combinée des consignes de couple moteur avant et après application du filtre destinés à adoucir les transitions de couple pour assurer un bon agrément de conduite du véhicule.
6. Dispositif de commande suivant l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'algorithme de contrôle (Fig.5) permet de corriger le mode de combustion en tenant compte de l'efficacité de traitement dudit au moins un élément catalytique de la ligne d'échappement lors de la montée en température après le démarrage du moteur.
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