PROCEDE DE DETERMINATION D’UN INDICATEUR DE STABILITE D’UNE

COMBUSTION DANS UN CYLINDRE D’UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE

Domaine technique

La présente invention concerne le domaine de la commande de la combustion d’un moteur à combustion interne à allumage commandé. En particulier, la présente invention concerne la détermination d’un indicateur de stabilité de combustion dans un moteur à combustion interne à allumage commandé.

Ce type de moteur comprend au moins un cylindre comportant une chambre de combustion délimitée par la paroi latérale interne du cylindre, par le haut du piston qui coulisse dans ce cylindre et par la culasse. Généralement, un mélange carburé (air et carburant et éventuellement gaz brûlés) est renfermé dans cette chambre de combustion et subit une étape de compression puis une étape de combustion sous l'effet d'un allumage commandé, par une bougie.

Les restrictions croissantes sur les émissions de dioxyde de carbone CO2, ajoutées à la réduction du parc de véhicules diesel renforcent l'intérêt pour l'amélioration de l'efficacité des moteurs à allumage commandé. Une approche prometteuse consiste à réduire la richesse de la combustion (rapport carburant / air), afin d'atteindre ce que l'on appelle communément les conditions de mélange pauvre. Une autre approche consiste à augmenter le taux de recirculation des gaz brûlés EGR (de l’anglais « Exhaust Gaz Recirculation »). Ces conditions permettent d'augmenter le rendement thermodynamique, et donc de diminuer la consommation de carburant. Un inconvénient des fortes dilutions est une instabilité de combustion plus élevée. La stabilité de combustion est à prendre dans le sens de la variation, cycle à cycle, du rendement global du moteur. Les principales conséquences indésirables de telles instabilités sont une diminution du rendement du moteur, des fluctuations de couple potentiellement dommageables et une augmentation des émissions polluantes.

Actuellement, la stabilité de la combustion est assurée par une calibration appropriée, et intégrant une marge de sécurité, du moteur à combustion interne. Un estimateur de la stabilité de la combustion n'est donc pas nécessaire. Cependant, les avantages de la combustion pauvre nécessitent de faire fonctionner le moteur à la limite de la stabilité de combustion, ce qui, dans ce cas, rend nécessaire l'estimation de la stabilité de la combustion et une rétroaction. Technique antérieure

L’instabilité de combustion est conventionnellement quantifiée par le coefficient de variation COV (de l’anglais « Coefficient Of Variation », c’est-à-dire le ratio de l’écart-type sur la moyenne, tous deux calculés sur des fenêtres glissantes) d’une grandeur scalaire, mesurée à chaque combustion, et reflétant sa qualité. La qualité est prise au sens de la proportion de carburant effectivement brûlée à chaque cycle.

En régime de combustion instable, une fraction du carburant demeure imbrûlée, conduisant à une baisse indésirable du rendement global du moteur, à une augmentation des émissions polluantes (HC et particules notamment) et à des vibrations mécaniques.

Plusieurs mesures de la qualité de combustion ont déjà été proposées : température des gaz d’échappement (décrite notamment dans la demande de brevet US2007051170), taux d’oxygène des gaz d’échappement (décrit notamment dans la demande de brevet KR20090065372), ou encore mesures d’un capteur d’ionisation présent dans la chambre de combustion (décrites notamment dans la demande de brevet US2004084018).

Cependant, l’abaissement des coûts des capteurs de pression cylindre permet d’envisager leur utilisation dans des véhicules de série. La PMI (Pression Moyenne Indiquée, proportionnelle au couple du moteur) peut être dérivée du signal de ce capteur de pression. Traduisant directement le rendement du moteur, cette mesure constitue une excellente candidate pour la détermination d’un indicateur de stabilité de la combustion.

En régime stationnaire, sur banc instrumenté, le coefficient de variation COV de la PMI est calculé traditionnellement sur des fenêtres glissantes longues (plusieurs centaines de cycles). Néanmoins, le calcul du COV sur des moteurs de série en situation de conduite réelle (essentiellement en régime transitoire) ne peut se faire de la même façon. En effet, pour que l’estimation du COV ait un sens, il faut que la distribution statistique de la mesure de qualité de combustion reste relativement constante. Par exemple, lors d’un transitoire de charge, la PMI (donc le couple) varie rapidement, et sa distribution, en particulier sa valeur moyenne, s’en trouve modifiée. Même un moteur à combustion interne n’ayant que des combustions idéales aura un COV important dans tous ses transitoires de couple (à la hausse comme à la baisse), alors qu’une valeur nulle serait souhaitable. Chaque variation de PMI entraine une surestimation de l’instabilité de combustion.

Pour pallier ce problème, la demande de brevet WO19163507 décrit une méthode mettant en oeuvre le coefficient de variation COV de la PMI de laquelle on soustrait une tendance linéaire estimée sur une fenêtre glissante. Cette méthode est fortement bruitée par l’imprécision de l’estimation des deux paramètres modélisant la tendance linéaire. Par conséquent, l’indicateur de stabilité de la combustion reste imprécis.

La demande de brevet US2016146702 divulgue une méthode mettant en oeuvre un indicateur complexe qui additionne trois contributions, un terme relatif au coefficient de variation COV de la PMI, un terme relatif à l’angle vilebrequin au maximum de pression dans le cylindre, et un terme relatif à la durée de combustion. Toutefois, cette méthode ne résout pas le problème de la surestimation du COV pendant les transitoires de couple du moteur à combustion interne.

La demande de brevet US2019010890 décrit une méthode mettant en oeuvre le coefficient de variation COV de la PMI et d’une cible fonction du régime, du couple, et de la température du moteur à combustion interne, pour contrôler l’état du moteur pour minimiser l’écart entre la cible et le COV de la PMI. Toutefois, cette méthode ne résout pas les problèmes de la surestimation du COV pendant les transitoires de couple du moteur à combustion interne et de l’incertitude dans l’estimation du COV si elle s’appuie sur des fenêtres glissantes courtes.

Résumé de l’invention

La présente invention a pour but de déterminer précisément un indicateur de stabilité de la combustion, même pendant les régimes transitoires du moteur à combustion interne. Pour cela, l’invention concerne un procédé de détermination d’un indicateur de stabilité d’une combustion qui détermine le coefficient de variation COV d’un ratio de la pression moyenne indiquée PMI divisée par le produit de la quantité de carburant injecté et du rendement du moteur. En effet, ce ratio est aussi invariant que possible à toute variation autre qu’une évolution de la qualité de combustion, ce qui permet d’améliorer la précision en particulier pendant les transitoires de couple du moteur à combustion interne, ce qui permet un contrôle optimisé du moteur à combustion interne à la limite de la stabilité. Ainsi, le rendement du moteur à combustion interne peut être amélioré.

L’invention concerne un procédé de détermination d’un indicateur de stabilité d’une combustion dans au moins un cylindre d’un moteur à combustion interne à allumage commandé, ledit au moins un cylindre dudit moteur à combustion interne étant équipé d’un capteur de pression, dans lequel on met en oeuvre les étapes suivantes : a. Pour chaque cycle, on détermine une quantité de carburant injecté dans ledit au moins un cylindre, b. Pour chaque cycle, on mesure ladite pression au sein dudit au moins un cylindre au moyen dudit capteur de pression, et on en déduit une pression moyenne indiquée, c. Pour chaque cycle, on détermine un rendement dudit moteur à combustion interne, et d. On détermine un ratio formé par ladite pression moyenne indiquée divisée par un produit dudit rendement par ladite quantité de carburant injecté dans ledit au moins un cylindre e. On caractérise ledit indicateur de stabilité à partir dudit ratio déterminé, pour chaque cycle.

Selon un mode de réalisation, on détermine ladite quantité de carburant injecté dans ledit au moins un cylindre au moyen d’une consigne de quantité de carburant injecté.

Selon un aspect, on détermine ledit rendement au moyen d’une cartographie du rendement, de préférence ladite cartographie du rendement dépend du régime et du couple du moteur à combustion interne.

Selon une caractéristique, on caractérise ledit indicateur de stabilité par détermination du ratio de l’écart type dudit ratio déterminé sur la moyenne dudit ratio déterminé.

Conformément à une mise en oeuvre, on caractérise ledit indicateur de stabilité par détermination d’un estimateur d’une distribution dudit indicateur de stabilité d’une combustion, ledit estimateur déterminant un intervalle de confiance de l’indicateur de stabilité d’une combustion à partir d’un nombre N de cycles précédents le cycle en cours.

De manière avantageuse, ledit estimateur est bayesien.

De préférence, ledit nombre N de cycles est compris entre 5 et 20.

Avantageusement, ledit intervalle de confiance contient la valeur du ratio de l’écart type sur la moyenne du ratio de l’écart type dudit ratio déterminé sur la moyenne dudit ratio déterminé réel dans exactement 98% des cas.

Selon un aspect, ledit moteur à combustion interne est un moteur à combustion interne fonctionnant avec des richesses pauvres, et/ou ledit moteur à combustion interne est équipé d’une préchambre de combustion et/ou ledit moteur à combustion interne est équipé d’un système de recirculation des gaz brûlés. De plus, l’invention concerne un procédé de commande d’un moteur à combustion interne à allumage commandé, au moins un cylindre dudit moteur à combustion interne étant équipé d’un capteur de pression, dans lequel on met en oeuvre les étapes suivantes : a. On détermine un indicateur de stabilité d’une combustion au moyen du procédé de détermination d’un indicateur de stabilité d’une combustion selon l’une des caractéristiques précédentes ; et b. On commande ledit moteur à combustion interne en fonction dudit indicateur de stabilité de combustion déterminé.

Conformément à un mode de réalisation, on commande ledit moteur à combustion interne par contrôle d’un actionneur dudit moteur à combustion interne, en fonction de la comparaison dudit indicateur de stabilité avec un seuil prédéfini.

Selon une mise en oeuvre, on met en oeuvre la détermination dudit estimateur selon l’une des caractéristiques précédentes, et on commande ledit moteur à combustion interne au moyen desdites étapes suivantes, en fonction d’un seuil prédéfini 0 dudit indicateur : i) si ledit seuil dudit indicateur 0 est inférieur à une borne inférieure cov _min dudit intervalle de confiance dudit ratio de l’écart type dudit ratio déterminé sur la moyenne dudit ratio déterminé, alors on diminue l’actionneur; ii) si ledit seuil dudit indicateur 0 est supérieur à une borne supérieure cov _ma x dudit intervalle de confiance dudit ratio de l’écart type dudit ratio déterminé sur la moyenne dudit ratio déterminé, alors on augmente l’actionneur ; et iii) si ledit seuil dudit indicateur 0 est compris dans ledit intervalle de confiance (covmin, covmax), alors on ne modifie pas l’actionneur.

L’invention concerne également un système de commande d’un moteur à combustion interne à allumage commandé comprenant au moins un calculateur mettant en oeuvre le procédé de commande selon l’une des caractéristiques précédentes.

En outre, l’invention concerne un produit programme d’ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur, comprenant des instructions de code de programme pour la mise en oeuvre d’un procédé selon l'une des caratéristiques, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur ou un calculateur. D'autres caractéristiques et avantages du procédé et du système selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.

Liste des figures

La figure 1 illustre les étapes du procédé de détermination d’un indicateur de stabilité selon un premier mode de réalisation de l’invention.

La figure 2 illustre les étapes du procédé de détermination d’un indicateur de stabilité selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.

La figure 3 illustre les étapes du procédé de commande d’un moteur à combustion interne selon une première mise en oeuvre de l’invention.

La figure 4 illustre les étapes du procédé de commande d’un moteur à combustion interne selon une deuxième mise en oeuvre de l’invention.

La figure 5 représente un exemple de cartographie du rendement du moteur à combustion interne.

La figure 6 représente la PMI et la grandeur en fonction du temps, pour un exemple de Qinj réalisation.

La figure 7 illustre l’étape de comparaison pour l’estimateur mis en oeuvre dans la deuxième mise en oeuvre du procédé de commande selon l’invention.

Description des modes de réalisation

La présente invention concerne la détermination d’un indicateur de stabilité d’une combustion, qui se déroule dans un cylindre d’un moteur à combustion interne à allumage commandé. L’indicateur de stabilité de la combustion traduit la stabilité de la combustion (variation, cycle à cycle, du rendement global du moteur). Le moteur à combustion interne comporte au moins un capteur de pression pour au moins un cylindre du moteur à combustion.

L’invention peut être mise en oeuvre pour tout type de moteur à combustion interne à allumage commandé. Toutefois, l’invention est particulièrement adaptée pour les moteurs à combustion interne à allumage commandé ayant une richesse réduite de la combustion (rapport carburant I air), afin d'atteindre ce que l'on appelle les conditions de mélange pauvre. Classiquement, les conditions de mélange sont pauvres lorsque la proportion d'air est supérieur à 14,5 fois celle de carburant. De plus, l’invention est particulièrement adaptée pour les moteurs à combustion interne équipés d’un système de recirculation des gaz brûlés EGR. En outre, l’invention est particulièrement adaptée pour les moteurs à combustion interne à préchambre (ou avec chambre de précombustion).

Selon l’invention, le procédé de détermination, en temps réel, d’un indicateur de stabilité de combustion met en oeuvre les étapes suivantes :

1/ détermination de la quantité de carburant

2/ mesure de la pression et détermination de la PMI

3/ détermination du rendement du moteur

4/ determination du ratio -

VQinj

5/ détermination de l’indicateur de stabilité

Les étapes 1 à 5 peuvent être mises en oeuvre par des moyens informatiques, notamment un calculateur/contrôleur d’un système de commande d’un moteur à combustion interne. Les étapes 1 à 3 sont réalisées simultanément pour chaque cycle : il n’existe pas de notion d’ordre pour la réalisation de ces étapes. Ces étapes seront détaillées dans la suite de la description.

La figure 1 illustre, schématiquement et de manière non limitative, les étapes du procédé de détermination de l’indicateur de stabilité selon un premier mode de réalisation de l’invention. Le procédé comporte une étape de mesure MES de la pression, qui permet d’en déduire la pression moyenne indiquée PMI. En parallèle, on détermine le rendement du moteur à combustion interne q et la quantité de carburant injecté Q _inj . Ces trois paramètres déterminés sont ensuite utilisés pour déterminer un ratio RAT permettant de déterminer le ratio . On en déduit EST alors le coefficient de variation cov pour former l’indicateur de stabilité de la combustion.

Selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, le procédé de détermination d’un indicateur de stabilité de combustion peut déterminer un estimateur de la distribution de l’indicateur de stabilité de combustion. Pour ce mode de réalisation, le procédé de détermination d’un indicateur de stabilité de combustion met en oeuvre les étapes suivantes : 1/ détermination de la quantité de carburant

2/ mesure de la pression et détermination de la PMI

3/ détermination du rendement du moteur

4/ determination du ratio -

VQinj

6/ estimation de la distribution de l’indicateur

Les étapes 1 à 4 et 6 peuvent être mises en oeuvre par des moyens informatiques, notamment un calculateur/contrôleur d’un système de commande d’un moteur à combustion interne. Les étapes 1 à 3 sont réalisées simultanément pour chaque cycle : il n’existe pas de notion d’ordre pour la réalisation de ces étapes. Ces étapes seront détaillées dans la suite de la description.

La figure 2 illustre, schématiquement et de manière non limitative, les étapes du procédé de détermination de l’indicateur de stabilité selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. Le procédé comporte une étape de mesure MES de la pression, qui permet d’en déduire la pression moyenne indiquée PMI. En parallèle, on détermine le rendement du moteur à combustion interne q et la quantité de carburant injecté Q _inj . Ces trois paramètres déterminés sont ensuite utilisés pour calculer un ratio RAT permettant de déterminer le ratio

. On détermine alors un estimateur EST de la distribution de l’indicateur de stabilité. Cet VQinj estimateur détermine un intervalle de confiance idc de l’indicateur, à savoir le cov du ratio

PMI llQinj’

Conformément à une mise en oeuvre de l’invention, l’invention concerne également un procédé de commande, en temps réel, d’un moteur à combustion interne à allumage commandé. Pour ce procédé de commande, on commande le moteur à combustion interne en fonction de l’indicateur de stabilité de la combustion déterminé.

Ainsi, selon une première mise en oeuvre du procédé de commande, on peut mettre en oeuvre le procédé de détermination de l’indicateur de stabilité de combustion selon le premier mode de réalisation (par exemple tel qu’illustré en figure 1). Pour cette mise en oeuvre, le procédé de commande peut comporter les étapes suivantes :

1/ détermination de la quantité de carburant 2/ mesure de la pression et détermination de la PMI

3/ détermination du rendement du moteur

4/ determination du ratio -

VQinj

5/ détermination de l’indicateur de stabilité

7/ commande du moteur à combustion interne

Les étapes 1 à 5 et 7 peuvent être mises en oeuvre par des moyens informatiques, notamment un calculateur/contrôleur d’un système de commande d’un moteur à combustion interne. Les étapes 1 à 3 sont réalisées simultanément pour chaque cycle : il n’existe pas de notion d’ordre pour la réalisation de ces étapes. Ces étapes seront détaillées dans la suite de la description.

La figure 3 illustre, schématiquement et de manière non limitative, les étapes du procédé de commande selon une première mise en oeuvre de l’invention. Le procédé comporte une étape de mesure MES de la pression, qui permet d’en déduire la pression moyenne indiquée PMI. En parallèle, on détermine le rendement du moteur à combustion interne q et la quantité de carburant injecté Q _inj . Ces trois paramètres déterminés sont ensuite utilisés pour déterminer un ratio RAT permettant de déterminer le ratio . On en déduit par estimation

EST alors le coefficient de variation covpour former l’indicateur de stabilité de la combustion . Puis, on commande CON le moteur à combustion interne après une comparaison COMP entre l’indicateur de stabilité de la combustion cov et un seuil prédéfini de l’indicateur 0.

Selon une deuxième mise en oeuvre du procédé de commande, on peut mettre en oeuvre le procédé de détermination de l’indicateur de stabilité de combustion selon le deuxième mode de réalisation (par exemple tel qu’illustré en figure 2). Pour cette mise en oeuvre, le procédé de commande peut comporter les étapes suivantes :

1/ détermination de la quantité de carburant

2/ mesure de la pression et détermination de la PMI

3/ détermination du rendement du moteur

4/ determination du ratio -

VQinj

6/ estimation de la distribution de l’indicateur 7/ commande du moteur à combustion interne

Les étapes 1 à 4 et 6 à 7 peuvent être mises en oeuvre par des moyens informatiques, notamment un calculateur/contrôleur d’un système de commande d’un moteur à combustion interne. Les étapes 1 à 3 sont réalisées simultanément pour chaque cycle : il n’existe pas de notion d’ordre pour la réalisation de ces étapes. Ces étapes seront détaillées dans la suite de la description.

La figure 4 illustre, schématiquement et de manière non limitative, les étapes du procédé de commande selon une deuxième mise en oeuvre de l’invention. Le procédé comporte une étape de mesure MES de la pression, qui permet d’en déduire la pression moyenne indiquée PMI. En parallèle, on détermine le rendement du moteur à combustion interne q et la quantité de carburant injecté Q _inj . Ces trois paramètres déterminés sont ensuite utilisés pour déterminer un ratio RAT permettant de déterminer le ratio . On détermine alors un Qinj estimateur EST de la distribution de l’indicateur de stabilité. , Cet estimateur détermine un intervalle de confiance idc de l’indicateur, à savoir le coefficient de variation cov du ratio

VQinj Puis, on commande CON le moteur à combustion interne en fonction de l’indicateur de stabilité de la combustion ind, après une comparaison COMP de l’intervalle de confiance idc et d’un seuil prédéfini de l’indicateur 0.

1/ Détermination de la quantité de carburant

Lors de cette étape, on détermine, pour chaque cycle, la quantité de carburant injecté dans l’au moins un cylindre du moteur à combustion interne. On appelle cycle, l’ensemble des quatre phases de fonctionnement d’un moteur à combustion : admission, compression, détente, échappement, correspondant à deux tours de vilebrequin.

Selon un mode de réalisation de l’invention, la quantité de carburant injecté dans le cylindre peut être une consigne de quantité de carburant injecté dans le cylindre. Cette consigne de quantité de carburant injecté peut être déterminée par le calculateur/contrôleur du moteur à combustion interne, en fonction notamment d’une consigne du couple et du régime moteur. Par exemple, la consigne de quantité de carburant injecté peut n’être connue qu’en boucle ouverte. Dans ce cas, le contrôleur du moteur à combustion interne peut imposer une durée d’injection. On peut alors utiliser un modèle, qui transforme cette durée d’injection en masse de carburant. Alternativement, la quantité de carburant injecté dans le cylindre peut être mesurée au moyen d’au moins un capteur.

2/ Mesure de la pression et détermination de la PMI

Lors de cette étape, on détermine, pour chaque cycle, la pression au sein du cylindre au moyen du capteur de pression. Puis, on détermine la pression moyenne indiquée PMI à partir du signal de ce capteur par un calcul intégral sur chaque cycle de la pression mesurée. La pression moyenne indiquée PMI est la pression moyenne qui règne dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion pendant un cycle. Elle correspond au ratio du travail fourni par le fluide moteur (mélange carburant-comburant) par la cylindrée du moteur.

3/ Détermination du rendement du moteur

Lors de cette étape, on détermine, pour chaque cycle, le rendement attendu du moteur à combustion interne.

Selon un mode de réalisation, on peut déterminer le rendement attendu au moyen d’une cartographie du rendement qui dépend du point de fonctionnement du moteur à combustion interne ; le rendement peut dépendre par exemple du régime et du couple du moteur à combustion interne. Toutefois, afin d’améliorer la précision de la détermination du rendement, il est possible de prendre en compte d’autres paramètres, par exemple l’avance à l’allumage.

La figure 5 est un exemple non limitatif de cartographie du rendement q en % en fonction du régime du moteur à combustion interne Ne en tr/min et de la PMI en bar (10 ^-1 MPa). Le niveau de gris au sein de la cartographie est représentatif du rendement. On rappelle que la PMI est liée au couple du moteur à combustion interne, par conséquent cette cartographie peut être en fonction du régime et du couple du moteur à combustion interne.

4/ Determination du ratio -

VQinj

Lors de cette étape, on détermine, pour chaque cycle, un ratio de la pression moyenne indiquée (déterminée à l’étape 2) divisée par le produit du rendement (déterminé à l’étape 3) par la quantité de carburant injecté (déterminée à l’étape 1 ). Ce ratio peut s’écrire avec

PMI la pression moyenne indiquée, q le rendement, et Qinj la quantité de carburant injecté.

5/ Détermination de l’indicateur de stabilité

Lors de cette étape, on caractérise l’indicateur de stabilité en déterminant directement l’indicateur de combustion, en tant que coefficient de variation du ratio déterminé à l’étape précédente.

En d’autres termes, on détermine le ratio de l’écart-type divisé par la moyenne du ratio de la pression moyenne indiquée divisée par le produit du rendement par la quantité de carburant injecté. La moyenne et l’écart-type sont déterminés sur des fenêtres glissantes de N cycles (précédents le cycle en cours). De manière avantageuse, le nombre N peut être supérieur ou égal à 5, de préférence compris entre 5 et 20, et de manière préférée entre 7 et 15, et peut valoir environ 10. En effet, au moins 5 valeurs permettent d’avoir une fenêtre temporelle utile. De plus, la limite de 20 mesures permet de former une fenêtre réactive et permet de limiter la mémoire vive utilisée pour le procédé selon ce mode de réalisation l’invention. Cependant, pour une application ne nécessitant pas une forte réactivité, le nombre N peut avec COV le ratio de l’écart-type divisé par la moyenne, PMI la pression moyenne indiquée, le rendement du moteur, Q _inj la quantité de carburant injecté dans le cylindre. Le coefficient de variation COV d’une variable X peut s’écrire : COV(X) = avec o(X) l’écart-type de la \X) variable X, et r( ) la moyenne de la variable X.

Ainsi, l’indicateur de stabilité de combustion formé est le coefficient de variation d’une grandeur qui reflète la qualité de la combustion, indépendamment des variations de couple du moteur. En effet, le ratio de la pression moyenne indiquée par la quantité de carburant injecté est proportionnel au rendement instantané du moteur, à l’échelle de chaque cycle.

Les variations cycle à cycle du ratio reflètent les variations de rendement global du Qinj moteur. Bien que la quantité de carburant injecté peut être biaisée (imprécision des injecteurs), tant que ce biais, exprimé en facteur multiplicatif, est constant, le COV de la grandeur ^ n’est pas entaché. La constance de ce biais, à l’échelle des fenêtres de calcul

Qinj

(N cycles) est raisonnable. Afin de corriger la surestimation du COV qui résulterait d’un transitoire reliant deux points de fonctionnement aux rendements attendus sensiblement différents (le rendement global du moteur va alors nécessairement varier, indépendamment de toute instabilité de combustion), on prend en compte le rendement cartographié du

PMI moteur en calculant, a chaque cycle, le ratio . Le rendement cartographie peut certes donner une valeur biaisée du rendement idéal du moteur. Mais tant que ce biais, exprimé en facteur multiplicatif, reste constant, à l’échelle des fenêtres de calcul (N cycles), le ratio demeure invariant aux changements de rendement idéal du moteur. Ce ratio est cartoQinj moins sensible aux transitoires de charge, et uniquement sensible aux instabilités de combustion.

La figure 6 illustre dans la partie supérieure l’évolution de la PMI en fonction du temps T en s pour un exemple d’une portion d’un cycle de conduite, simulée sans instabilités de combustion. Par conséquent, pour cet exemple, l’indicateur de stabilité de la combustion devrait être nul. La figure 7 illustre, pour le même exemple, dans la partie inférieure l'évolution du ratio en fonction du temps T en s. On remarque que le ratio est plus constant que la PMI, en particulier pour les régimes transitoires. Par conséquent, le coefficient de variation COV du ratio est plus proche de 0 que le COV de la PMI. Il en Qinj résulte que l’indicateur de stabilité de la combustion défini par l’invention reste précis pendant les transitoires du moteur à combustion interne.

6/ Estimation de la distribution de l’indicateur

Lors de cette étape facultative, on peut caractériser l’indicateur de stabilité au moyen d’un estimateur de la distribution de l’indicateur de stabilité d’une combustion. Cet estimateur détermine un intervalle de confiance du coefficient de variation du ratio déterminé à l’étape 4. L’estimation de l’intervalle de confiance permet notamment d’obtenir une commande robuste. L’estimateur détermine un intervalle de confiance de l’indicateur de stabilité d’une combustion à partir d’un nombre N de cycles précédents le cycle en cours.

PMI

Pour cette etape, on considéré que les ratios ^— determines a etape 4 suivent une loi de distribution stochastique. De préférence, la loi stochastique est une distribution pouvant être approchée par une distribution normale. En effet, cette distribution est particulièrement adaptée, car elle correspond aux observations expérimentales. Une telle distribution est déterminée par les deux paramètres suivants : la moyenne et l’écart type. Le COV est un bon indicateur de l’état de la stabilité de la combustion. Une telle estimation peut être réalisée rapidement avec un nombre limité de mesures, ce qui permet une commande en temps réel, avec une demande en mémoire limitée. De plus, cet estimateur assure la stabilité au procédé selon l’invention, quel que soit le nombre de mesures.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’estimateur peut être un estimateur bayésien. Cet estimateur permet de déterminer l’intervalle de confiance de l’estimation du COV de manière réactive avec un nombre limité de mesures.

Conformément à une mise en oeuvre de l’invention, l’intervalle de confiance contient la valeur du COV réel dans exactement 98% des cas. En d’autres termes, la valeur du quantile réel est inférieure à l’intervalle de confiance dans 1% des cas et supérieure à l’intervalle de confiance dans 1% des cas.

Un exemple d’estimation bayésienne d’un intervalle de confiance est donné, de manière non limitative, en annexe de la présente demande (à la fin de la description).

Selon un mode de réalisation de l’invention, le nombre N peut être supérieur ou égal à 5, de préférence compris entre 5 et 20, et de manière préférée entre 7 et 15. En effet, au moins 5 valeurs permettent de construire un estimateur représentatif. De plus, la limite de 20 mesures permet de former un estimateur réactif et permet de limiter la mémoire vive utilisée pour le procédé selon l’invention. Cependant, pour une application ne nécessitant pas un estimateur réactif, le nombre N peut être pris aussi grand que possible. De plus, de préférence, le nombre N de cycles peut être identique au nombre N utilisé dans l’étape 2.

7/ Commande du moteur à combustion interne

Lors de cette étape facultative, on commande le moteur à combustion interne en fonction de l’indicateur de stabilité de combustion déterminé à l’étape 5, et/ou le cas échéant au moyen de l’estimateur déterminé à l’étape 6. La commande du moteur à combustion interne a pour but de conserver la stabilité de la combustion au sein du cylindre du moteur à combustion interne, et d’en améliorer le rendement, et éventuellement de limiter les émissions de polluants.

Selon un mode de réalisation de l’invention, on peut commander le moteur à combustion interne par contrôle de la quantité de carburant injectée dans la préchambre. Alternativement et/ou additionnellement, on peut contrôler la richesse du mélange carburé (air et carburant) dans le cylindre, par exemple par commande d’une vanne papillon, d’une soupape d’admission, d’un turbocompresseur. Alternativement et/ou additionnellement, on peut contrôler le niveau de recirculation des gaz brûlés (EGR), par exemple par commande d’une vanne EGR., etc. Alternativement et/ou additionnellement, on peut contrôler l’avance à l’allumage.

Dans la suite de la description, on appelle actionneur tout composant du moteur à combustion interne apte à être commandé pour modifier les conditions de la combustion. Il peut s’agir des composants listés ci-dessus, notamment l’injecteur, vanne papillon, une soupape d’admission, un turbocompresseur, une vanne EGR, etc. Par convention, on peut définir qu’une diminution de l’actionneur diminue l’indicateur de stabilité et qu’une augmentation de l’actionneur augmente l’indicateur de stabilité

Conformément à une mise en oeuvre de l’invention, on peut commander au moins un actionneur en fonction d’une comparaison de l’indicateur de stabilité avec un seuil prédéfini de l’indicateur. Par exemple, si l’indicateur de stabilité est inférieur au seuil prédéfini, alors on peut augmenter l’actionneur, et si l’indicateur de stabilité est supérieur ou égal au seuil prédéfini, alors on peut diminuer l’actionneur.

Pour le mode de réalisation, dans lequel on met en oeuvre l’estimateur déterminé à l’étape 5, on peut commander le moteur à combustion interne au moyen d’une comparaison de l’intervalle de confiance avec un seuil prédéfini de l’indicateur de stabilité de combustion (ce seuil est également appelé cible). En d’autres termes, il s’agit de vérifier si le seuil de stabilité de combustion est dans l’intervalle de confiance. Le seuil de l’indicateur de stabilité de combustion peut être obtenu par essais au banc moteur durant la phase de calibration du moteur.

Selon un aspect, le seuil prédéfini de l’indicateur peut être compris entre 1 et 7%, et peut valoir 3% par exemple.

La commande de l’avance à l’allumage peut être réalisée de la manière suivante : i) si le seuil de l’indicateur est inférieur à la borne inférieure de l’intervalle de confiance encadrant l’espérance estimée du cov, alors on diminue l’actionneur ; ii) si le seuil de l’indicateur est supérieur à la borne supérieure de l’intervalle de confiance encadrant l’espérance estimée de cov, alors on augmente l’actionneur ; et iii) sinon (si ledit seuil de l’indicateur est compris dans l’intervalle de confiance (covmin, covmax)) on ne modifie pas l’actionneur.

Ainsi, le procédé de commande selon ce mode de réalisation de l’invention permet de ne prendre que des actions correctives pertinentes : la commande de l’allumage ou de la richesse n’est modifiée que si l’on est sûr (par exemple à 99%, si l’intervalle de confiance centré représente 98 % des réalisations de la distribution) que le cov cible est en dehors de l’intervalle de confiance. La commande d’avance à l’allumage ou de la richesse ou de l’EGR est par conséquent plus stable, car des changements ne sont imposés qu’un cycle sur cinquante environ en régime stabilisé. La réduction de la dispersion de la commande et de la variation de l’état moteur sur les courtes échelles de temps implique en retour la possibilité de s’approcher de la limite de stabilité de la combustion, d’obtenir un meilleur rendement tout en limitant le nombre de cycles instables.

Cette étape de comparaison et de commande peut être implantée sur une mémoire « buffer » contenant les indicateurs des N précédents cycles. Alternativement, elle peut être implémentée en utilisant des filtres à réponse impulsionnel finie. Cette possibilité permet de ne mémoriser de cycle à cycle que quelques variables, contrairement à la mémoire « buffer » qui exige plus de mémoire.

Dans chaque stratégie, un actuateur affectant à la fois la stabilité et le rendement est contrôlé.

Plutôt que de réagir à chaque cycle, de façon erronée, le contrôle stochastique proposé par ce mode de réalisation (non limitatif) est un contrôle intégral, mais qui est désactivé dans la situation intermédiaire, lorsqu’on ne peut pas conclure (lorsque le seuil de l’indicateur est dans l’intervalle de confiance). Cette stratégie présente plusieurs avantages :

• la consigne de l’actuateur varie moins souvent qu’un simple contrôle intégral (par exemple 50 fois moins souvent si on considère un intervalle de confiance qui contient la valeur du quantile réel dans 98% des cas), si le système est proche de la cible 9 du COV.

L’ensemble du système sera plus aisément contrôlable car des fluctuations inutiles sont éliminées.

• Si le système est loin de sa cible 9, le contrôleur voit systématiquement la cible hors de l’intervalle de confiance. Dans cette situation, le contrôleur proposé est donc aussi rapide qu’un contrôle intégral.

De plus, l’invention concerne un système de commande d’un moteur de combustion interne à allumage commandé comprenant des moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon l’une quelconque des combinaisons de variantes du procédé de commande décrites précédemment. En particulier, le système de commande peut comprendre :

- un capteur de pression,

- des moyens de traitement du signal du capteur de pression,

- des moyens de calcul pour déterminer l’indicateur de qualité de combustion,

- une mémoire pour enregistrer N indicateurs (indicateurs des N précédents cycles de combustion),

- des moyens de calcul pour construire l’estimateur bayésien et pour réaliser la comparaison, et des moyens de commande d’au moins un actionneur.

Les moyens de traitement du signal, la mémoire, les moyens de calcul, et les moyens de commande peuvent être intégrés au sein d’un calculateur embarqué d’un véhicule.

L’invention concerne également un moteur de combustion interne équipé d’un tel système de commande.

En outre, l’invention concerne un produit programme d’ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur (calculateur embarqué) et/ou exécutable par un processeur. Ce programme comprend des instructions de code de programme pour la mise en oeuvre du procédé tel que décrit ci-dessus, lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur ou un calculateur/contrôleur.

Annexe

Estimation bayésienne de l’intervalle de confiance du quantile.

Dans un but de simplification, cette annexe concerne l’estimation bayésienne pour une distribution normale. l. MOTIVATIONS

On suppose que l’on dispose de n mesures du phénomène physique étudié, dont les caractéristiques aléatoires ne peuvent être négligées. On admet par ailleurs que ces mesures sont indépendantes et normalement distribuées. On dispose alors de n réalisations qu’on note Xi,... ,X _n . Soit cov le vrai coefficient de variation de cette distribution. La formule de Bayes permet d exprimer la distribution de la valeur de cov, au regard des mesures observées Xi,... ,X _n . Naturellement, cov peut être estimé sans incertitude lorsque n -> œ. Néanmoins, lorsque n < oo (par exemple n = 10), cov ne peut plus être estimé avec certitude.

En revanche, le formalisme bayésien nous permet de définir un intervalle qui encadre effectivement cov pour 98% des n-uplets possibles de n réalisations Xi,... ,X _n issues de cette même distribution.

II. ESTIMATION DE L’INTERVALLE DE CONFIANCE DE LA MOYENNE

On présente tout d’abord la méthode qui consiste à déterminer la moyenne de la distribution (et non son cov), tout en supposant la variance a ² de la distribution connue. On introduit à cet effet la formule de Bayes : avec 7T la probabilité et | l’opérateur de conditionnement.

• Le facteur de normalisation ne dépend pas de p et se comporte comme une constante.

• La loi a priori reflète les connaissances a priori dont on dispose sur la distribution de p (indépendamment des observations qui sont faites consécutivement). Afin d’éviter d’insérer des informations biaisées (à considérer dans ce cadre comme des préjugés), nous utilisons l’a priori non informatif n p~) oc 1.

• Les réalisations (Xi,...,X _n ) étant supposées conditionnellement (sachant p ) indépendantes, nous pouvons factoriser la vraisemblance :

On connaît alors l’écriture de tous les facteurs de la distribution a posteriori. La conduite du calcul nous amène qui n’est autre qu’une loi normale centrée sur la moyenne des X _k et d’écart-type Il est alors aisé d’obtenir l’intervalle de confiance de p, à savoir : moyenne ± constante x écart-type.

III. ESTIMATION DE L’INTERVALLE DE CONFIANCE DU COV

Les données expérimentales nous interdisent d’une part l’hypothèse a = constante et d’autre part l’hypothèse a fonction de z. On est alors contraint de faire l’estimation en parallèle du couple de paramètres (/z; a). La méthodologie comporte 3 différences principales avec la simple estimation de la moyenne :

• La distribution a priori du couple (/z; a) doit être judicieusement sélectionnée afin de demeurer non informative et de ne pas engendrer de biais injustifiés au cours de l’estimation. L’a priori r(jcz) <x 1 a une forme très naturelle. En revanche, dans le cas multidimensionnel où l’on n’estime non pas seulement z mais ( z; a), la définition de la notion "non-informative" (absence de préjugés) présente une difficulté d’ordre supérieur. Les concepts d’information mutuelle et de maximisation d’entropie de l’information ont été mobilisés.

• La distribution a posteriori comporte 4 paramètres, exigeant une étape de renormalisation adaptée afin d’alléger considérablement la puissance de calcul nécessaire (évitant tout calcul intégral).

• La distribution a posteriori de (/z; a) doit être traitée afin d’obtenir la distribution a posteriori du cov. La distribution a posteriori de cov n’admet pas de forme analytique simple (sans intégrales) et peut être réalisée en séparant le calcul en deux étapes : un calcul hors ligne coûteux des invariants de la distribution de cov et un calcul en ligne léger à chaque cycle.