EP1178190B1 - Procédé et dispositif de contrôle de la combustion d'un moteur à combustion interne équipé d'un générateur de turbulence variable - Google Patents

Procédé et dispositif de contrôle de la combustion d'un moteur à combustion interne équipé d'un générateur de turbulence variable Download PDF

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EP1178190B1
EP1178190B1 EP01402077A EP01402077A EP1178190B1 EP 1178190 B1 EP1178190 B1 EP 1178190B1 EP 01402077 A EP01402077 A EP 01402077A EP 01402077 A EP01402077 A EP 01402077A EP 1178190 B1 EP1178190 B1 EP 1178190B1
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calibrated
control
maximum pressure
engine
combustion
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Renault SAS
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B31/00—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
    • F02B31/04—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder by means within the induction channel, e.g. deflectors
    • F02B31/06—Movable means, e.g. butterfly valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/021—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions using an ionic current sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/0015—Controlling intake air for engines with means for controlling swirl or tumble flow, e.g. by using swirl valves
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to internal combustion engines, and more particularly the control of combustion.
  • variable turbulence generator the influence of the variable turbulence generator on the quality of the combustion is not optimized.
  • the invention aims to provide a solution to this problem.
  • the invention thus proposes a method of controlling the combustion of an internal combustion engine equipped with a variable turbulence generator, this generator being controlled from calibrated control instructions for different operating points of the engine.
  • said combustion is controlled by correcting said calibrated control commands from a measurement of the ionization current of the combustion gases, and by controlling the variable turbulence generator with these corrected control instructions.
  • the invention thus makes it possible, irrespective of the operating point of the engine (engine speed, intake manifold pressure), to obtain the internal aerodynamics most conducive to optimum combustion.
  • the invention corrects these calibrated control values of the variable turbulence generator in order to obtain optimum engine performance.
  • Another interesting feature of the invention lies in the fact that the measurement of the ionization current of the combustion gases is used to optimize the influence of the variable turbulence generator on the quality of the combustion of a lean mixture.
  • the ionization sensors are known and have already been the subject of many developments by several car manufacturers, including the applicant. French patent applications No. 96 10 342 and No. 97 15 967 can be cited in this regard.
  • the ionization sensors make it possible to access various characteristic quantities of combustion such as the angle maximum pressure (Swedish Patent Application No. 504,197, or International Patent Application No. 96/05427) and are used in many combustion control systems in internal combustion engines, for example to detect rattling ( International Patent Application No. 89/11087), misfires (US Patent No. 5,701,876) or Wealth (International Patent Application No. 98/37322, or No. 96/22458).
  • the measurement of the ionization current of the combustion gases has never been used to optimize the influence of a variable turbulence generator on the quality of the combustion of a lean mixture.
  • a second table is developed defining for these same different operating points, the calibrated control commands of the variable turbulence generator corresponding to said calibrated maximum pressure angle values.
  • the corresponding calibrated control command is extracted, the ionization current of the combustion gases is measured and a maximum measured pressure angle value is deduced therefrom.
  • the calibrated control command extracted is then corrected, as a function of the difference between the calibrated value of the maximum pressure angle and the measured maximum pressure angle value.
  • variable turbulence generator is controlled with the setpoint thus corrected.
  • the subject of the invention is also a device for controlling the combustion of an internal combustion engine equipped with a variable turbulence generator, comprising control means able to control the generator from calibrated control instructions for different points. engine operation.
  • the device further comprises an ionization probe capable of measuring the ionization current of the combustion gases.
  • the control means are furthermore capable of correcting said calibrated control commands from the indications delivered by the ionization probe, and of controlling the variable turbulence generator with these corrected control instructions.
  • the reference PS denotes a piston of an internal combustion engine, defining with the cylinder in which it slides a combustion chamber 7 into which an ionization probe 6 mounted in an ignition plug 5 opens. .
  • crankshaft angle corresponding to the maximum pressure of the combustion chamber is a good indicator of the quality of the combustion and consequently of the efficiency of the engine.
  • the reference 4 designates a conventional sensor for detecting the instantaneous value of the crankshaft angle. For reasons of simplification of the figure, it is not shown the crankshaft but only the piston rod 9 to which it is connected.
  • Another essential element for controlling the combustion of the internal combustion engine is a turbulence generator variable which is shown in this figure in a simplified manner by its flap 1 whose position is adjustable in the intake pipe 8. The position of the flap is controlled by a control box 2.
  • the reference 3 also designates an injection computer, to which the control unit 2 of the variable turbulence generator is connected, as well as the sensor 4 for measuring the crankshaft angle.
  • the ionization probe 6 is also connected to the injection computer.
  • a memory MM storing a first table containing for different operating points of the engine (speed, pressure, manifold intake) different calibrated crank angle values each corresponding to a maximum pressure in the combustion chamber.
  • This first table is made in a conventional manner to obtain the optimal performance of the engine.
  • the memory MM also stores a second table defining, for these same different operating points, the calibrated control commands of the variable turbulence generator corresponding to said calibrated values of maximum pressure angle. This second table is therefore also calibrated so as to obtain optimum engine performance.
  • the ionization probe 6, mounted in the spark plug 5, is for example that described in the French patent application No. 97 16128.
  • the evolution of the ionization current in the combustion chamber, delivered by the probe of ionization 6, associated with the value of the instantaneous crankshaft angle delivered by the sensor 4, allows the injection computer to determine a measured maximum pressure angle value, using a well-known calculation algorithm of the skilled in the art since the value of the ionization current is proportional to the pressure in the combustion chamber.
  • the injection computer will, for each operating point under consideration, apply a correction to the calibrated control command value present in the second table, this correction being proportional to the difference between the maximum pressure angle value measured by the ionization probe 6 and that stored in the first calibrated table.
  • the invention makes it possible to approach closer to the calibrated value of the maximum pressure angle by increasing or decreasing the turbulence rate by means of the variable turbulence generator, and this, until that the value of the maximum pressure angle measured is close (for example to ⁇ 1 ° crankshaft) of the calibrated value corresponding to the operating point in question.

Description

  • L'invention concerne les moteurs à combustion interne, et plus particulièrement le contrôle de la combustion.
  • Dans l'optique d'une diminution toujours accrue de la consommation et des polluants dans les moteurs, le fonctionnement en mélange pauvre est l'une des solutions les plus prometteuses. Afin d'obtenir un fonctionnement optimum sur toute la plage de fonctionnement de ce type de moteur, il est nécessaire d'adjoindre des systèmes qui engendrent des turbulences variables. La turbulence ayant un effet important sur la vitesse de combustion, l'optimisation du fonctionnement du moteur passe par l'ajustement du niveau de turbulence afin d'obtenir une bonne qualité de combustion.
  • Différents systèmes ont déjà été développés dans le but de faire varier le taux de turbulence pendant le fonctionnement d'un moteur thermique. On peut citer à cet égard les brevets américains No. 5 913 298 et No. 5 787 851, ainsi que la demande de brevet européen No. 0 676 533. Selon cet art antérieur, le réglage de ces générateurs de turbulence variable est effectué à partir de tables de consignes calibrées pour différents points de fonctionnement du moteur.
  • Néanmoins, avec de tels systèmes, l'influence du générateur de turbulence variable sur la qualité de la combustion n'est pas optimisée.
  • L'invention vise à apporter une solution à ce problème.
  • L'invention propose donc un procédé de contrôle de la combustion d'un moteur à combustion interne équipé d'un générateur de turbulence variable, ce générateur étant commandé à partir de consignes de commande calibrées pour différents points de fonctionnement du moteur. Selon une caractéristique générale de l'invention, on contrôle ladite combustion en corrigeant lesdites consignes de commande calibrées à partir d'une mesure du courant d'ionisation des gaz de combustion, et en commandant le générateur de turbulence variable avec ces consignes de commande corrigées.
  • L'invention permet ainsi, quel que soit le point de fonctionnement du moteur (régime, pression collecteur d'admission) d'obtenir l'aérodynamique interne la plus propice à une combustion optimale.
  • Contrairement aux commandes classiques des générateurs à turbulence variable, utilisant des tables de réglages prédéterminées (ou calibrées), l'invention corrige ces valeurs calibrées de commande du générateur de turbulence variable afin d'obtenir un rendement optimal du moteur.
  • Une autre caractéristique intéressante de l'invention réside dans le fait que l'on utilise la mesure du courant d'ionisation des gaz de combustion pour optimiser l'influence du générateur de turbulence variable sur la qualité de la combustion d'un mélange pauvre.
  • Certes, les capteurs d'ionisation sont connus et ont fait l'objet déjà de nombreux développements par plusieurs constructeurs automobiles, et notamment le demandeur. On peut citer à cet égard les demandes de brevet français No. 96 10 342 et No. 97 15 967. Cependant, jusqu'à maintenant, les capteurs d'ionisation permettent d'accéder à diverses grandeurs caractéristiques de la combustion comme l'angle de pression maximale (demande de brevet suédois No. 504 197, ou demande de brevet internationale No. 96/05427) et sont utilisés dans de nombreux systèmes de contrôle de la combustion dans les moteurs à combustion interne, par exemple pour détecter le cliquetis (demande de brevet internationale No. 89/11087), les ratés de combustion (brevet américain No. 5 701 876) ou encore la richesse (demande de brevet internationale No. 98/37322, ou No. 96/22458). Par contre, la mesure du courant d'ionisation des gaz de combustion n'a jamais été utilisée pour optimiser l'influence d'un générateur de turbulence variable sur la qualité de la combustion d'un mélange pauvre.
  • Et, le fait d'utiliser ce courant d'ionisation pour déterminer l'angle de pression maximale permet d'obtenir une image fiable de la qualité de la combustion.
  • Selon un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on élabore une première table contenant pour différents points de fonctionnement du moteur, différentes valeurs calibrées d'angle vilebrequin correspondant chacune à une pression maximale dans la chambre de combustion, ces différentes valeurs calibrées d'angle de pression maximale étant élaborées de façon à obtenir le rendement optimal du moteur.
  • On élabore une deuxième table définissant pour ces mêmes différents points de fonctionnement, les consignes de commande calibrées du générateur de turbulence variable correspondant auxdites valeurs calibrées d'angle de pression maximale.
  • Pour chaque point de fonctionnement du moteur, on extrait la consigne de commande calibrée correspondante, on mesure le courant d'ionisation des gaz de combustion et on en déduit une valeur d'angle de pression maximale mesurée. On corrige alors la consigne de commande calibrée extraite, en fonction de la différence entre la valeur calibrée d'angle de pression maximale et la valeur d'angle de pression maximale mesurée.
  • On commande le générateur de turbulence variable avec la consigne ainsi corrigée.
  • L'invention a également pour objet un dispositif de contrôle de la combustion d'un moteur à combustion interne équipé d'un générateur de turbulence variable, comprenant des moyens de commande aptes à commander le générateur à partir de consignes de commande calibrées pour différents points de fonctionnement du moteur.
  • Selon une caractéristique générale de l'invention, le dispositif comprend en outre une sonde d'ionisation apte à mesurer le courant d'ionisation des gaz de combustion. Les moyens de commande sont par ailleurs aptes à corriger lesdites consignes de commande calibrées à partir des indications délivrées par la sonde d'ionisation, et à commander le générateur de turbulence variable avec ces consignes de commande corrigées.
  • Selon un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, les moyens de commande comportent
    • une mémoire apte à stocker une première table contenant pour différents points de fonctionnement du moteur, différentes valeurs calibrées d'angle vilebrequin correspondant chacune à une pression maximale dans le chambre de combustion, ces différentes valeurs calibrées d'angle de pression maximale étant élaborées de façon à obtenir le rendement optimal du moteur, et une deuxième table définissant pour ces mêmes différents points, des consignes de commande calibrées du générateur de turbulence variable correspondant auxdites valeurs calibrées d'angle de pression maximale,
    • un calculateur d'injection apte pour chaque point de fonctionnement du moteur, à extraire de la mémoire la consigne de commande calibrée correspondante, à déduire, à partir de la mesure du courant d'ionisation des gaz de combustion effectuée par la sonde d'ionisation, une valeur d'angle de pression maximale mesurée, et à corriger la consigne de commande calibrée extraite en fonction de la différence entre la valeur calibrée d'angle de pression maximale et la valeur d'angle de pression maximale mesurée, et
    • un module de commande du générateur de turbulence variable, apte à recevoir ladite consigne de commande corrigée et à commander en conséquence ledit générateur.
  • D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de mise en oeuvre et de réalisation, nullement limitatifs, et du dessin annexé sur lequel la figure unique représente schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention permettant une mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
  • Sur la figure 1, la référence PS désigne un piston d'un moteur à combustion interne, définissant avec le cylindre dans lequel il coulisse, une chambre de combustion 7 dans laquelle débouche une sonde d'ionisation 6 montée dans une bougie d'allumage 5.
  • L'homme du métier sait que dans un moteur, l'angle vilebrequin correspondant à la pression maximale de la chambre de combustion est un bon indicateur de la qualité de la combustion et par conséquent du rendement du moteur.
  • La référence 4 désigne par ailleurs un capteur classique permettant de détecter la valeur instantanée de l'angle vilebrequin. Pour des raisons de simplification de la figure, on n'a pas représenté le vilebrequin mais uniquement la tige de piston 9 auquel elle est reliée.
  • Un autre élément essentiel permettant de contrôler la combustion du moteur à combustion interne est un générateur de turbulence variable que l'on a représenté sur cette figure de façon simplifiée par son volet 1 dont la position est réglable dans la pipe d'admission 8. La position du volet est commandée par un boîtier de commande 2.
  • La référence 3 désigne par ailleurs un calculateur d'injection, auquel sont reliés le boîtier de commande 2 du générateur de turbulence variable, ainsi que le capteur 4 de mesure de l'angle vilebrequin.
  • La sonde d'ionisation 6 est également reliée au calculateur d'injection.
  • Celui-ci est associé par ailleurs à une mémoire MM stockant une première table contenant pour différents points de fonctionnement du moteur (régime, pression, admission collecteur) différentes valeurs calibrées d'angle vilebrequin correspondant chacune à une pression maximale dans la chambre de combustion. Cette première table est réalisée de façon classique pour obtenir le rendement optimal du moteur.
  • La mémoire MM stocke également une deuxième table définissant, pour ces mêmes différents points de fonctionnement, les consignes de commande calibrées du générateur de turbulence variable correspondant auxdites valeurs calibrées d'angle de pression maximale. Cette deuxième table est par conséquent également calibrée de façon à obtenir un rendement optimal du moteur.
  • La sonde d'ionisation 6, montée dans la bougie d'allumage 5, est par exemple celle décrite dans la demande de brevet français No. 97 16128. L'évolution du courant d'ionisation dans la chambre de combustion, délivrée par la sonde d'ionisation 6, associée à la valeur de l'angle vilebrequin instantanée délivrée par le capteur 4, permet au calculateur d'injection de déterminer une valeur d'angle de pression maximale mesurée, en utilisant un algorithme de calcul bien connu de l'homme du métier étant donné que la valeur du courant d'ionisation est proportionnelle à la pression dans la chambre de combustion.
  • La position du volet 1 du générateur de turbulence est difficile à régler de façon précise pour obtenir le taux de turbulence voulu. Afin de résoudre ce problème, et obtenir le rendement optimal du moteur sur toute la plage de fonctionnement, le calculateur d'injection va, pour chaque point de fonctionnement considéré, appliquer une correction à la valeur de consigne calibrée de commande présente dans la deuxième table, cette correction étant proportionnelle à la différence entre la valeur d'angle de pression maximale mesurée par la sonde d'ionisation 6 et celle stockée dans la première table calibrée. Ainsi, l'invention permet de s'approcher au plus près de la valeur calibrée de l'angle de pression maximale en augmentant ou en diminuant le taux de turbulence par l'intermédiaire du générateur de turbulence variable, et ce, jusqu'à ce que la valeur de l'angle de pression maximale mesurée soit proche (par exemple à ± 1° vilebrequin) de la valeur calibrée correspondant au point de fonctionnement considéré.

Claims (4)

  1. Procédé de contrôle de la combustion d'un moteur à combustion interne équipé d'un générateur de turbulence variable, ce générateur (1, 2) étant commandé à partir de consignes de commande calibrées pour différents points de fonctionnement du moteur, caractérisé par le fait qu'on contrôle ladite combustion en corrigeant lesdites consignes de commande calibrées à partir d'une mesure du courant d'ionisation des gaz de combustion (6), et en commandant le générateur de turbulence variable avec ces consignes de commande corrigées.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on élabore une première table contenant pour différents points de fonctionnement du moteur, différentes valeurs calibrées d'angle vilebrequin correspondant chacune à une pression maximale dans la chambre de combustion, ces différentes valeurs calibrées d'angle de pression maximale étant élaborées de façon à obtenir le rendement optimal du moteur, et on élabore une deuxième table définissant pour ces mêmes différents points de fonctionnement, les consignes de commande calibrées du générateur de turbulence variable correspondant auxdites valeurs calibrées d'angle de pression maximale,
    par le fait que pour chaque point de fonctionnement du moteur, on extrait la consigne de commande calibrée correspondante, on mesure (6) le courant d'ionisation des gaz de combustion et on en déduit une valeur d'angle de pression maximale mesurée, et on corrige la consigne de commande calibrée extraite en fonction de la différence entre la valeur calibrée d'angle de pression maximale et la valeur d'angle de pression maximale mesurée, et par le fait qu'on commande (2) le générateur de turbulence variable avec la consigne corrigée.
  3. Dispositif de contrôle de la combustion d'un moteur à combustion interne équipé d'un générateur de turbulence variable, comprenant des moyens de commande aptes à commander le générateur à partir de consignes de commande calibrées pour différents points de fonctionnement du moteur, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre une sonde d'ionisation (6) apte à mesurer le courant d'ionisation des gaz de combustion, et par le fait que les moyens de commande sont aptes à corriger lesdites consignes de commande calibrées à partir des indications délivrées par la sonde d'ionisation, et à commander le générateur de turbulence variable (1, 2) avec ces consignes de commande corrigées.
  4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les moyens de commande comportent
    une mémoire (MM) apte à stocker une première table contenant pour différents point de fonctionnement du moteur, différentes valeurs calibrées d'angle vilebrequin correspondant chacune à une pression maximale dans la chambre de combustion, ces différentes valeurs calibrées d'angle de pression maximale étant élaborées de façon à obtenir le rendement optimal du moteur, et une deuxième table définissant pour ces mêmes différents points de fonctionnement, des consignes de commande calibrées du générateur de turbulence variable correspondant auxdites valeurs calibrées d'angle de pression maximale,
    un calculateur d'injection (3) apte pour chaque point de fonctionnement du moteur, à extraire de la mémoire la consigne de commande calibrée correspondante, à déduire, à partir de la mesure du courant d'ionisation des gaz de combustion effectuée par la sonde d'ionisation, une valeur d'angle de pression maximale mesurée, et à corriger la consigne de commande calibrée extraite en fonction de la différence entre la valeur calibrée d'angle de pression maximale et la valeur d'angle de pression maximale mesurée,
    et un module de commande (2) du générateur de turbulence variable, apte à recevoir ladite consigne de commande corrigée et commander en conséquence ledit générateur.
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