FR3064679A1 - Procede de detection d'un pre-allumage d'un melange d'air frais et de carburant - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de détection d'un pré-allumage d'un mélange d'air frais et de carburant dans un cylindre (4) d'un moteur à combustion interne (1), ledit moteur à combustion interne étant piloté pour tourner à un régime de consigne et fonctionnant selon des cycles de combustion successifs.. Selon l'invention, lorsque le moteur est utilisé dans un mode de fonctionnement stabilisé, par exemple lorsque les variations du régime de consigne sur trois cycles de combustion successifs restent inférieures à un seuil prédéterminé, on diagnostique un pré-allumage du mélange au cours du troisième des trois cycles de combustion successifs lorsque sont détectés au cours de ces trois cycles de combustion successifs deux baisses successives du régime moyen du moteur suffisamment grandes, la première baisse étant accompagnée d'une surestimation importante du couple moyen de combustion par une valeur calculée par couplemètre logiciel lors du deuxième des trois cycles, et la deuxème baisse étant accompagnée d'une baisse importante du couple moyen de combustion calculé par couplemètre logiciel, entre le deuxième et le troisième des trois cycles.
Description
(54) PROCEDE DE DETECTION D'UN PRE-ALLUMAGE D'UN MELANGE D'AIR FRAIS ET DE CARBURANT.
FR 3 064 679 - A1 (5/j L'invention concerne un procédé de détection d'un pré-allumage d'un mélange d'air frais et de carburant dans un cylindre (4) d'un moteur à combustion interne (1), ledit moteur à combustion interne étant piloté pour tourner à un régime de consigne et fonctionnant selon des cycles de combustion successifs..
Selon l'invention, lorsque le moteur est utilisé dans un mode de fonctionnement stabilisé, par exemple lorsque les variations du régime de consigne sur trois cycles de combustion successifs restent inférieures à un seuil prédéterminé, on diagnostique un pré-allumage du mélange au cours du troisième des trois cycles de combustion successifs lorsque sont détectés au cours de ces trois cycles de combustion successifs deux baisses successives du régime moyen du moteur suffisamment grandes, la première baisse étant accompagnée d'une surestimation importante du couple moyen de combustion par une valeur calculée par couplemètre logiciel lors du deuxième des trois cycles, et la deuxème baisse étant accompagnée d'une baisse importante du couple moyen de combustion calculé par couplemètre logiciel, entre le deuxième et le troisième des trois cycles.
Domaine technique auquel se rapporte l'invention
La présente invention concerne de manière générale la réduction des émissions polluantes des moteurs à combustion interne.
Elle concerne plus particulièrement un procédé de détection d’un préallumage d’un mélange d’air frais et de carburant dans un cylindre d’un moteur à combustion interne, ledit moteur à combustion interne étant piloté pour tourner à un régime de consigne et fonctionnant selon des cycles de combustion successifs en tournant à un régime moyen et en développant un couple moyen qui peuvent être calculés par un couplemètre logiciel.
Arriere-plan technologique
On recherche actuellement, dans un cadre législatif toujours plus contraignant et dans un souci de préservation de l'environnement, des solutions techniques permettant de réduire les quantités de molécules polluantes rejetées par les moteurs à combustion interne dans l'atmosphère.
L’une des solutions consiste à mettre sur le marché des moteurs à combustion interne de petite cylindrée.
Mais on souhaite également trouver des solutions qui permettent de préserver les prestations de ces moteurs (en termes de puissance et de couple disponibles).
Ces moteurs de petite cylindrée sont alors conçus pour fonctionner à des niveaux de pression plus élevés, c’est-à-dire qu’ils sont adaptés à comprimer le mélange d’air frais et de carburant présent dans les cylindres à des pressions plus élevées que dans les moteurs de plus grosse cylindrée.
Ces moteurs de petite cylindrée sont alors susceptibles d’être utilisés sur des points de fonctionnement critiques, notamment à forte charge et à bas régime.
En effet, sur ces points de fonctionnement, il peut apparaître un phénomène dit de pré-allumage qui réduit fortement les prestations des moteurs et qui est en outre potentiellement destructeur pour ces moteurs..
Ce phénomène correspond, dans un moteur à allumage commandé, à un allumage autonome du mélange d’air frais et de carburant, avant son déclenchement par une bougie d’allumage.
Cet allumage du mélange dans le cylindre avant que le piston n’ait atteint son point mort haut est alors susceptible de s’opposer au mouvement du piston et donc de freiner le mouvement de rotation du vilebrequin du moteur.
Dès lors, on souhaite pouvoir détecter rapidement et avec une grande précision l’apparition de ce phénomène de pré-allumage, de façon à pouvoir modifier rapidement les réglages du moteur afin de le faire disparaître.
Les méthodes de détection de ce phénomène qui sont actuellement connues et mises en œuvre ne donnent pas entièrement satisfaction, dans la mesure où ce phénomène n’est pas détecté avec une fiabilité suffisante.
Objet de l’invention
Afin de remédier à cet inconvénient, la présente invention propose une solution de détection fiable et peu onéreuse, en ce sens qu’elle ne requiert pour sa mise en œuvre aucun composant qui n’est pas déjà implanté dans les moteurs des véhicules présents sur le marché.
Elle utilise, pour sa mise en œuvre, un procédé d’estimation par couplemètre logiciel du couple moyen produit lors d’un cycle de combustion du mélange gazeux dans un cylindre du moteur.
Par couplemètre logiciel, on entend de manière connue en soi un procédé dans lequel on calcule ledit couple moyen de combustion à partir des durées de défilement, devant un capteur de défilement monté fixe au voisinage d’une couronne solidaire d’un volant d’inertie du moteur ou d’un vilebrequin du moteur, d’une pluralité de repères de mesure disposés sur ladite couronne.
Un tel couplemètre logiciel est connu notamment de nombreux brevets, par exemple de la publication FR-A1-2681425 dont l’enseignement est utilisé dans la présente demande de brevet pour illustrer un mode de réalisation de l’invention. On pourra aussi se référer, de manière non limitative, à d’autres publications telles que FR-A1-2793558, EP-A1-0448603, etc.
Plus particulièrement, on propose selon l’invention un procédé de détection tel que défini dans l’introduction, dans lequel, lorsque les variations du régime de consigne sur trois cycles de combustion successifs restent inférieures à un seuil prédéterminé, on diagnostique un pré-allumage du mélange au cours du troisième des trois cycles de combustion successifs lorsque sont détectées, au cours de ces trois cycles de combustion successifs :
une première baisse du régime moyen du moteur, entre le premier et le deuxième cycle, qui est supérieure à un premier seuil de régime prédéterminé, et une surestimation, par le couplemètre logiciel, de la valeur du couple de combustion moyen du deuxième cycle, ladite surestimation étant supérieure à un premier seuil de couple prédéterminé ; puis, une deuxième baisse du régime moyen du moteur, entre le deuxième et le troisième cycle, qui est supérieure à un deuxième seuil de régime prédéterminé, et une baisse de la valeur du couple moyen estimé par ledit couplemètre logiciel, entre le deuxième et le troisième cycle, ladite baisse étant supérieure à un deuxième seuil de couple prédéterminé.
Comme cela sera détaillé dans la suite de cet exposé en référence aux figures, la demanderesse a constaté que le procédé d’estimation du couple de combustion moyen par couplemètre logiciel, qui est précis en l’absence de préallumage, donne un résultat faussé dans le cas de l’apparition de pré-allumage. D’autre part le pré-allumage s’accompagne d’une chute de couple.. C’est donc sur la base de cette observation que l’invention propose de diagnostiquer rapidement ce phénomène de pré-allumage.
Le procédé faisant l’objet de l’invention est alors peu onéreux à mettre en œuvre en ce sens que seuls le couple et le régime du moteur doivent être estimés afin de pouvoir poser un diagnostic. Or, ces paramètres sont généralement déjà estimés sur les véhicules actuels, pour la mise en œuvre d’autres fonctionnalités.
D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé conforme à l’invention sont les suivantes :
- il est prévu une étape d’estimation d’une première valeur du régime moyen au cours du premier des trois cycles de combustion successifs, une étape d’estimation d’une deuxième valeur du régime moyen au cours du deuxième des trois cycles de combustion successifs, et une étape de comparaison d’un écart entre la première valeur et la deuxième valeur du régime moyen avec un premier des seuils de régime, puis on diagnostique un pré-allumage du mélange au cours du troisième des trois cycles de combustion successifs à condition notamment que ledit écart révèle une première baisse du régime moyen, d’amplitude supérieure audit premier seuil de régime ;
- il est prévu une étape de détermination d’une valeur d’un couple moyen estimé par le couplemètre logiciel lors du second des trois cycles de combustion successifs, une étape de détermination du couple moyen réel au cours du second des trois cycles de combustion successifs, et une étape de comparaison de l’écart entre ledit couple moyen estimé et ledit couple moyen réel avec le premier seuil de couple, puis on diagnostique un pré-allumage du mélange au cours du troisième des trois cycles de combustion successifs à condition notamment que ledit écart soit supérieur audit premier de couple ;
- il est prévu une étape d’estimation d’une seconde valeur du couple moyen au cours du deuxième des trois cycles de combustion successifs, une étape d'estimation d’une troisième valeur du couple moyen au cours du troisième des trois cycles de combustion successifs, et une étape de comparaison de l’écart entre la deuxième valeur et la troisième valeur du couple moyen avec le second seuil de couple, puis on diagnostique un pré-allumage du mélange au cours du troisième des trois cycles de combustion successifs à condition notamment que ledit écart soit supérieur audit second seuil de couple ;
- il est prévu une étape d’estimation d’une deuxième valeur du régime moyen au cours du deuxième des trois cycles de combustion successifs, une étape d’estimation d’une troisième valeur du régime moyen au cours du troisième des trois cycles de combustion successifs, et une étape de comparaison de l’écart entre la deuxième valeur et la troisième valeur du régime moyen avec le deuxième seuil de régime, puis on diagnostique un pré-ailumage du mélange au cours du troisième des trois cycles de combustion successifs à condition notamment que ledit écart soit supérieur audit second seuil de régime.
L’invention concerne également un procédé de pilotage d’un moteur à combustion interne, comportant :
- une étape d’élaboration d’un ensemble de consignes, parmi lesquelles un régime de consigne,
- une étape de pilotage du moteur à combustion interne selon lesdites consignes,
- une étape de diagnostic au cours de laquelle un procédé de détection conforme à l’une des caractéristiques précédentes est mis en oeuvre, puis, si un pré-allumage est détecté,
- une étape de correction de l’une au moins desdites consignes.
L’invention concerne aussi un moteur à combustion interne comportant :
- au moins un cylindre à l’intérieur duquel coulisse un piston,
- un vilebrequin qui est relié au piston,
- un moyen d’estimation du régime instantané, adapté à estimer la vitesse de rotation du vilebrequin,
- un moyen d’estimation du couple moyen, adapté à estimer le couple exercé par le piston sur le vilebrequin, et
- un calculateur adapté à mettre en œuvre un procédé de détection tel que précité.
DESCRIPTION DETAILLEE D’UN EXEMPLE DE REALISATION
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
Sur les dessins annexés :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un moteur à combustion interne conforme à l’invention ;
- la figure 2 est un graphique illustrant les variations du régimeinstantané du moteur à combustion interne de la figure 1, en l’absence de phénomène de pré-allumage ;
- la figure 3 est un graphique illustrant les variations du régimeinstantané du moteur à combustion interne de la figure 1, en présence de phénomène de préallumage ; et
- la figure 4 est un organigramme illustrant les étapes de mise en œuvre d’un procédé de détection conforme à l’invention.
Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un bloc-moteur 2 de moteur à combustion interne 1.
Ce bloc-moteur 2 se présente en quatre parties principales, dont un bloccylindres 3, un carter d’huile 5 qui est fixé sous le bloc-cylindres 3 et qui renferme de l’huile destinée à lubrifier les différents organes du moteur, une culasse 6 qui est fixée sur le bloc-cylindres 3 et un couvre-cufasse 7 qui recouvre la culasse 6.
Le bloc-cylindres 3 délimite intérieurement au moins un cylindre 4, En pratique, on considérera ici que le bloc-cylindres 3 délimite quatre cylindres 4 en ligne d’axes A10 verticaux.
Classiquement, chaque cylindre 4 loge un piston 8 qui est adapté à coulisser ie long de sa paroi interne selon un mouvement rectiligne alternatif (ou mouvement de va-et-vient) d’axe confondu avec l’axe A10 du cylindre 4.
Le piston 8 présente une jupe périphérique qui est percée transversalement de deux ouvertures d’accueil d’un axe sur lequel est engagée une extrémité haute d’une bielle 9. L'extrémité basse de cette bielle 9 est liée, par l’intermédiaire d’une liaison excentrique, à un vilebrequin 10. Ainsi, le mouvement rectiligne alternatif du piston 8 permet d’entraîner en rotation le vilebrequin 10 du moteur à combustion interne 1 autour de son axe longitudinal, appelé axe moteur A1.
Dans la suite de cet exposé, on appellera « bras de levier » la distance, en projection dans un plan orthogonal à l’axe A10, entre l’axe moteur A1 et l’axe A2 de l’excentrique. Ce bras de levier est donc proportionnel à une fonction cosinus de l’angle formé entre l’axe longitudinal de la bielle 9 et l’axe A10.
Pour l’admission en air frais de chaque cylindre 4, la culasse 6 est percée d'un conduit d’admission 11 qui s'étend depuis un répartiteur d’air 12 jusqu'à une ouverture d'admission 13 prévue dans une face inférieure de la culasse 6.
Pour l’échappement des gaz brûlés en dehors de chaque cylindre 4, la culasse 6 est percée d'un conduit d’échappement 14 qui prend naissance dans une ouverture d'échappement 16 adjacente à l'ouverture d'admission 13 et qui débouche dans un collecteur d’échappement 15 fixé à la culasse 6.
Des soupapes 17, 18 prévus dans ces conduits permettent de réguler les débits d’arrivée d'air frais et de sortie de gaz brûlés dans chaque cylindre 4.
Il est ici en outre prévu, pour chaque cylindre 4, un injecteur 20 permettant d’injecter du carburant dans le cylindre 4. Cet injecteur 20 est fixé dans la culasse 6 et débouche dans le cylindre 4.
Le moteur à combustion interne 1 est ici à allumage commandé. Il comporte alors, pour chaque cylindre 4, au moins une bougie d’allumage 19 qui est fixée dans la culasse 6 et qui débouche dans le cylindre 4. Cette bougie d’allumage 19 est conçue pour initier à chaque cycle la combustion du mélange de carburant et d’air frais dans le cylindre 4.
On précisera à ce sujet que le moteur à combustion interne 1 fonctionne selon le cycle de Beau de Rochas, avec un temps d’admission, un temps de compression, un temps de combustion-détente, et un temps d’échappement.
Il est prévu de déclencher la combustion du mélange de manière décalée dans les quatre cylindres. Ainsi, lorsque l’un des cylindres est au temps d’admission, un second est au temps de compression, un troisième au temps de combustion-détente, et un quatrième au temps d’échappement.
Par simplification, dans cet exposé, lorsque l’on traitera de « cycles de combustion successifs /, i+1, i+2 », on considérera en pratique plus précisément des temps de combustion-détente intervenant successivement dans différents cylindres du moteur. Autrement formulé, l’expression « cycles de combustion successifs /, i+1, i+2 » est utilisée par simplification, mais l’expression plus exacte serait plutôt « temps de combustion-détente /', i+1, i+2 intervenant successivement dans les cylindres du moteur ».
A l’appui de la figure 1, le moteur à combustion interne 1 comporte par ailleurs un moyen d’estimation d’un régime instantané du vilebrequin 10, dont on peut déduire une estimation du régime moyen Ω, du moteur au cours de chaque cycle de combustion d’ordre i et une estimation du couple moyen C,, ou couple de combustion moyen développé pendant ledit cycle d’ordre i.
Le régime moyen Ω, correspond à la moyenne de la vitesse de rotation du vilebrequin 10 au cours d’un cycle de combustion (c’est-à-dire au cours d’un temps de combustion-détente). Il est donc prévu pour varier par paliers entre les différents cycles de combustion successifs /', i+1, i+2.
Dans la suite de la description, on fera la différence entre régime moyen Ω, (sur un cycle d’ordre i), régime instantanéR et régime de consigneΩc, ce dernier paramètre correspondant à la vitesse de rotation à laquelle on souhaite que le moteur tourne.
Le couple moyen C, correspond quant à lui à la moyenne du couple exercé par chaque piston 8 sur le vilebrequin 10 lors d’un cycle de combustion dans le cylindre dans lequel coulisse le piston 8 considéré. On comprend donc que, à chaque cycle de combustion, seule la contribution du piston 8 considéré est prise en compte pour le calcul de ce couplemoyen C,. Il est donc prévu pour varier par paliers entre les différents cycles de combustion successifs i, i+1, i+2.
Comme le montre la figure 1, le moyen d’estimation du régime instantané R comporte ici, d’une part, une couronne qui est solidaire en rotation du vilebrequin 10 et qui porte des repères de mesure 30, 31 régulièrement répartis sur son contour, et, d’autre part, un capteur (non représenté) de détection des repères de mesure 30, 31 qui est monté fixe au voisinage de la couronne.
La couronne est ici représentée comme étant fixée au vilebrequin mais elle pourrait en variante y être solidarisée en rotation, par exemple via unvolant du moteur.
Elle porte ici des repères 30 tous identiques, à l’exception d’un repère 31 plus large permettant de recaler les mesures en cas de déviation de ces mesures.
Le capteur permet alors de détecter la durée de défilement de chacun des repères de mesure 30, 31. La vitesse de rotation instantanée R ou régime instantané R se déduit à partir de la durée de défilement entre deux repères consécutifs
Ce capteur est connecté à un calculateur qui est quant à lui adapté à déterminer le régime moyen ou vitesse de rotation moyenne Ω, et le couple de combustion moyen C, compte tenu de la durée de défilement de chacun des repères de mesure 30, 31 devant le capteur.
La détermination du couple moyen Ci est réalisée de la manière exposée dans la publication FR-A1-2681425.
Ce couple estimé pour le cycle de combustion d’ordre i est calculé selon l’équation :
(Equ. 1 ) Cj = -a Ω, ' E, οοεΦ, + b Ω,2 , équation dans laquelle :
- Ω, désigne la vitesse moyenne angulaire au cours du cycle,
- Ej cos<t>j désigne une projection, sur la ligne de référence de repères afférant aux périodes angulaires de combustion, de la composante alternative E, de la vitesse angulaire instantanée des repères de mesure disposés sur la couronne solidaire du volant d’inertie du moteur, à la fréquence de combustion, et
- a et b sont des constantes déterminées expérimentalement.
Le calculateur est ici formé par le calculateur central du véhicule, celui qui pilote les différents organes du moteur à combustion interne 1, notamment l’injecteur de carburant 20 et la bougie d’allumage 19.
Ce calculateur comporte classiquement un processeur (CPU), une mémoire vive (RAM), une mémoire morte (ROM), différentes interfaces d'entrée et de sortie.
Grâce à ses interfaces d'entrée, le calculateur est adapté à recevoir des signaux d'entrée provenant de différents capteurs, notamment du capteur de défilement précité.
La mémoire morte mémorise des données utilisées dans le cadre du procédé décrit ci-dessous.
Elle mémorise notamment une cartographie prédéterminée sur banc d'essai grâce à laquelle le calculateur est adapté à générer, pour chaque condition de fonctionnement du moteur, des seuils de régime et de couple (qui seront bien décrits dans la suite de cet exposé).
La mémoire morte mémorise aussi une application informatique, constituée de programmes d’ordinateur comprenant des instructions dont l’exécution par le processeur permet la mise en œuvre par le calculateur du procédé décrit ci-après.
Cette application comporte aussi, de manière classique, des programmes de calcul de divers paramètres et de diverses consignes, parmi lesquels :
- la charge en air du moteur (qui correspond au rapport du remplissage effectif en air du moteur divisé par le remplissage maximal du moteur à un régime donné et à une pression donnée),
- la consigne de régime Qc à laquelle on souhaite que le vilebrequin 10 tourne,
- une consigne d’avance à l’allumage,
- une consigne d’injection de carburant.
Enfin, grâce à ses interfaces de sortie, le contrôleur est adapté à transmettre des signaux de sortie aux différents organes du moteur, notamment aux injecteurs de carburant 20 et aux bougies d’allumage 19.
Classiquement, lorsque le conducteur du véhicule automobile met le contact, le calculateur s'initialise puis commande un démarreur et les injecteurs de carburant 20 pour que ceux-ci démarrent le moteur.
Il calcule en parallèle un ensemble de consignes, parmi lesquelles un régime de consigne, une consigne d’injection de carburant, une consigne d’avance à l’allumage, etc.Lorsque le moteur est démarré et qu’il est piloté selon ces consignes, l'air frais prélevé dans l'atmosphère est régulièrement insufflé dans chaque cylindre 4 pour se mélanger à du carburant. Ce mélange dit de combustion est alors brûlé dans les cylindres 4, grâce aux bougies d’allumage 19 prévues pour initier la combustion.
Chaque bougie d’allumage 19 est ainsi commandée pour initier la combustion à la fin du temps de compression, généralement un peu avant que le piston 8 atteigne son point le plus haut dans le cylindre 4 (appelé point mort haut).
L’avance à l’allumage correspond à l’écart séparant l’allumage de la bougie du point mort haut (elle s’exprime en degrés de rotation du vilebrequin 10).
Il arrive, dans certaines conditions, que le mélange de combustion s’auto-allume avant que la bougie d’allumage 19 n’ait été pilotée pour démarrer la combustion du mélange. On parle de pré-allumage.
La présente invention propose alors une solution pour détecter ce phénomène de pré-allumage.
Ce procédé est mis en œuvre uniquement lorsque certaines conditions de stabilité du point de fonctionnement du moteur sont réunies, et notamment lorsque les variations du régime de consigne Qc sur trois cycles de combustion successifs /', i+1, i+2 restent inférieures à un seuil SQc prédéterminé.
En dehors de ces conditions de stabilité, le procédé n’est pas mis en œuvre puisqu’il fournirait des résultats peu fiables et puisque les risques de préallumage sont très réduits. En effet, lorsque le moteur accélère, l’avance à l’allumage est telle qu’on ne constate généralement pas de phénomène de préallumage. Inversement, lorsque le moteur décélère, la quantité de carburant injecté est si réduite qu’on ne constate généralement pas davantage de phénomène de pré-allumage.
De façon générale, le procédé de détection selon l’invention consiste à considérer trois cycles de combustion successifs /, i+1, i+2 intervenant dans trois cylindres distincts, et à diagnostiquer un pré-allumage du mélange au cours du troisième de ces cycles si le calculateur relève deux baisses successives du régime moyen, la première baisse étant accompagnée d’une surestimation du couple moyen par le couplemètre logiciel, et la deuxième baisse de régime étant accompagnée par une baisse du couple moyen estimé par le couplemètre logiciel.On peut se référer aux figures 2 et 3 pour expliquer ce phénomène.
Sur la figure 2, on a ainsi représenté les variations du régime instantané R en l’absence de phénomène de pré-allumage.
Le régime de consigne Qc étant considéré constant, ces variations sont identiques au cours de chacun des trois cycles de combustion successifs /, i+1, i+2. On ne décrira alors ici qu’un seul de ces cycles de combustion (c’est-à-dire un seul temps de combustion-détente intervenant dans un cylindre 4, plus précisément le cycle d’ordre i+1 ).
On observe sur cette figure 2 que, pendant un premier intervalle de temps S1, le régime instantané R augmente, ce qui est dû à une augmentation du couple exercé par le piston considéré sur le vilebrequin. Cette augmentation de couple est produite par le début de la combustion du mélange et par l’accroissement du bras de levier.
On observe ensuite, sur un deuxième intervalle de temps S2, une stagnation du régime instantané R. Cette stagnation est due au fait que la combustion du mélange dans le cylindre se poursuit de manière stable et au fait que le bras de levier varie faiblement.
On observe ensuite, sur un troisième intervalle de temps S3, une diminution du régime instantané R. Cette diminution est due au fait que le bras de levier se réduit et que la combustion est finissante.
On observe enfin, sur un quatrième intervalle de temps S4, qui démarre au moment où le piston passe le point mort haut, une poursuite de la diminution du régime instantané R.
Sur la figure 3, on a ainsi représenté les variations du régime instantané R en présence d’un phénomène de pré-allumage dans le troisième cylindre (celui où se produit le troisième cycle de combustion i+2 considéré).
Le premier cycle de combustion i, qui a lieu dans un premier des cylindres 4, se déroule exactement de la même manière que sur les cycles d’ordre i, i+1 ou i+2 représentés sur la figure 2.
Les deuxième et troisième cycles de combustion i+1, i+2, qui ont lieu dans des deuxième et troisième cylindres 4, se déroulent quant à eux de manière différente.
On observe que, lors du deuxième cycle de combustion i+1, les premier et deuxième intervalles de temps S1, S2 sont identiques à ceux illustrés sur la figure 2, pour les mêmes raisons.
On observe ensuite, sur un troisième intervalle de temps S3’, une diminution du régime instantané R plus forte qu’on aurait dû obtenir sans préallumage. Cette forte diminution à la fin de cet intervalle de temps S3’ est due au fait que le pré-allumage du mélange dans le troisième cylindre génère un couple de freinage sur le vilebrequin 10. Il en résulte que le régime moyen diminue entre le cycle d’ordre i et le cycle d’ordre i+1, alors qu’en l’absence de pré-allumage, il aurait dû rester sensiblement constant.
Par ailleurs, cette évolution atypique du régime instantanée fausse l’estimation du couple moyen, développé au cycle i+1, par le couplemètre logiciel selon la publication FR-A1-2681425. En effet, une telle estimation est précise seulement quand elle se base sur un modèle de combustion qui n’est pas perturbé par le pré-allumage. Plus précisément, la composante Ei+1 cos0i+1 du calcul du couple au cycle i+1 (2e cycle) est largement surestimée par rapport à la valeur réelle.
Bien entendu on ne peut évaluer un tel écart entre la valeur de couple estimée Ci+i par le couplemètre logiciel au cycle i+1 et la valeur réelle que dans la mesure où on peut déterminer une valeur exacte, ou très peu biaisée, dudit couple moyen réel Créeij+i
Selon un premier mode de réalisation, on détermine le couple moyen réel du cycle i+1 par l’équation :
(Equ.2) Créeij+1 = -a Ω,+1 E, cosct), + b Ω,+1 2 , équation dans laquelle :
- Ω,+1 désigne la vitesse moyenne angulaire au cours du cycle i+1,
- Ej Cos0j désigne la projection, sur la ligne de référence de repères afférant aux périodes angulaires de combustion, de la composante alternative E, de la vitesse angulaire instantanée des repères de mesure disposés sur la couronne solidaire du volant d’inertie du moteur, à la fréquence de combustion, au cycle i, et
- a et b sont des constantes déterminées expérimentalement.
En d’autres termes, on a encore recours, pour déterminer la valeur réelle du couple moyen au cycle i+1, au principe du couplemètre logiciel, mais la composante Ej+i cos<t>i+i qui devrait normalement être utilisée lors du cycle i+1 est remplacée par la composante Ε,οοεΦί du cycle précédent. En revanche, on tient compte dans la formule du régime réel Ωί+Ί du cycle i+1. Le résultat du calcul de couple est ainsi très peu biaisé et l’on peut considérer que le résultat du calcul représente le couple rée avec une excellente précision.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, on peut aussi déterminer le couple de combustion à partir de la mesure d’un capteur de pression de cylindre monté dans chacun des cylindres du moteur. Sur un quatrième intervalle de temps S4’, le temps moteur du troisième cycle i+1 débute avec la combustion déjà en cours, et la pression est élevée dès le passage du point mort haut.
Au cours d’un cinquième intervalle de temps S5, le régime instantané R augmente, mais plus lentement qu’en l’absence de pré-allumage. Cette lenteur relative s’explique par le fait que, bien que le bras de levier augmente, la combustion du mélange dans le troisième cylindre est finissante. Le couple est plus faible que celui qu’on aurait pu attendre en l’absence de pré-allumage.
Enfin, au cours du sixième intervalle de temps S6, on observe une diminution du régime instantané R. Le faible couple diminue jusqu’à la fin du temps moteur du cycle d’ordre i+1.
Finalement, la conséquence de ce profil de régime instantané pendant les intervalles de temps S4’, S5 et S6, est une diminution importante de l’estimation du couple moyen entre le cycle i et le cycle i+1.
Sur les figures 2 et 3, on a également représenté les variations du régime moyen Ω sur chacun des trois cycles de combustion considérés.
Sur la figure 2, on observe que le régime moyen Ω, ou vitesse de rotation moyenne Ω, reste constant d’un cycle de combustion à l’autre.
En revanche, sur la figure 3, on observe que le régime moyen Ω diminue une première fois entre le cycle de combustion i et le cycle de combustion i+1, et une seconde fois entre le cycle de combustion i+1 et le cycle de combustion i+2.
Sur la figure 4, on a représenté un organigramme illustrant un exemple d’algorithme permettant au calculateur de mettre l’invention en œuvre.
Cet algorithme est prévu pour démarrer, à l’étape E1, au démarrage de chaque cycle de combustion dans un cylindre 4. La durée de mise en œuvre de cet algorithme étant de trois cycles de combustion successifs, on comprend donc que l’algorithme sera à chaque instant mis en œuvre plusieurs fois en parallèle par le calculateur, de manière glissante.
A l’étape E2, le calculateur attend que se produisent les deux premiers cycles de combustion successifs /, i+1.
Puis, l’étape E3 suivante permet de vérifier si les conditions de fonctionnement du moteur sont telles qu’il est possible d’établir un diagnostic.
Cette étape consiste plus précisément à vérifier qu’au moins un paramètre de contrôle satisfait un critère de stabilité prédéterminé.
Plus précisément ici, le calculateur vérifie que le régime de consigne Rc, la charge en air du moteur et l’avance à l’allumage satisfont, sur les deux premiers cycles de combustion successifs /, i+1, un critère de stabilité prédéterminé.
A titre d’exemple, ce critère peut être que la variation de chacun de ces paramètres de contrôle entre les deux premiers cycles de combustion successifs i, i+1 soit inférieure à 5%.
Si l’un au moins de ces paramètres de contrôle ne satisfait pas ce critère de stabilité, l’algorithme est interrompu.
Au contraire, si ces paramètres de contrôle satisfont tous le critère de stabilité, l’algorithme se poursuit en une étape E4.
Au cours de cette étape E4, le calculateur acquiert :
- une première valeur Oj du régime moyen Ω au cours du premier cycle de combustion /,
- une seconde valeur Qi+1 du régime moyen Ω au cours du second cycle de combustion i+1,
- une valeur Cj+i du couple moyen C estimé par couplemètre logiciel au cours du deuxième cycle de combustion i+1.
On utilise par exemple l’équation 1 que l’on transpose au cycle de rang i+1 :
Cj+i — -a Oj+i Ei+1 cos<Di+1 + b Oj+i
Au cours de l’étape E5 suivante, le calculateur détermine une valeur Créei,i+i d’un couple qui devrait être réellement obtenu lors du second cycle de combustion i+1. On peut pour cela utiliser l’équation 2 ou calculer un tel couple à partir de mesure de pression dans la chambre de combustion, grâce à un capteur de pression de cylindre spécifique.Au cours de l’étape E6 suivante, le calculateur calcule l’écart ΔΩ,+1 entre la première valeur Ω, et la seconde valeur Ω,+1 du régime moyen, selon la formule mathématique suivante :
ΔΩί+ι = Ω| - Ωί+ι
Puis, il compare cet écart ΔΩ,+ι avec un premier seuil de régime SOi+i.
Si cet écart ARj+i est inférieur ou égal au premier seuil de régime SOj+i, ce qui signifie qu’il n’y a pas eu de baisse sensible de régime moyen, l’algorithme se poursuit à l’étape E13.
Cette étape E13 consiste pour le calculateur à déduire qu’il n’y a pas de phénomène de pré-allumage dans le troisième cylindre.
Au contraire, si cet écart ΔΩί+1 est supérieur au premier seuil de régime SRj+i, ce qui signifie qu’il y a eu une baisse sensible de régime moyen, l’algorithme se poursuit en une étape E7.
Au cours de cette étape E7, le calculateur calcule l’écart ACi+i entre la valeur Cj+i du couple estimé par couplemètre logiciel et la valeur Créeij+i du couple réel, selon la formule mathématique suivante :
ACj+i = Cj+1 - Créel,i+1
Puis, il compare cet écart ΔΟ,+ι avec un premier seuil couple SCj+i.
Si cet écart ΔΟ,+ι est inférieur ou égal au premier seuil de couple SCi+i, ce qui signifie qu’il n’y a pas eu de surestimation notable par le couplemètre logiciel du couple moyen développé au cycle i+1 , , l’algorithme se poursuit à l’étape E13.
Au contraire, si cet écart ACj+i est supérieur au premier seuil de couple SCj+i, ce qui signifie qu’il y a eu une surestimation marquée de la part du couplemètre logiciel, l’algorithme se poursuit par une étape E8.
Au cours de cette étape E8, le calculateur attend que se produise le troisième des cycles de combustion successifs i+2.
Puis, au cours de l’étape E9, il vérifie si les conditions de fonctionnement du moteur sont toujours telles qu’il est possible d’établir un diagnostic.
Cette étape est identique à l’étape E3 précitée, et ne sera donc pas à nouveau décrite.
Ainsi, si l’un au moins des paramètres de contrôle ne satisfait pas le critère de stabilité, l’algorithme est interrompu.
Au contraire, si ces paramètres de contrôle satisfont tous le critère de stabilité, l’algorithme se poursuit par une étape E10.
Au cours de cette étape E10, le calculateur estime :
- une troisième valeur Ωί+2 du régime moyen Ω au cours du troisième cycle de combustion i+2, et
- une troisième valeur Ci+2 du couple estimé par couplemètre logiciel au cours du troisième cycle de combustion i+2.
On utilise par exemple l’équation 1 que l’on transpose au cycle de rang i+2 :
Cj+2 = - a'Qj+2 ' Εί+2 cos0j+2 + b Qj+2 2Puis, le calculateur calcule l’écart ΔΩί+2 entre la seconde valeur Oi+i et la troisième valeur Ω,+2 du régime moyen, selon la formule mathématique suivante :
ΔΩ|+2 = Ω|+-| - Ω|+2
Il compare alors cet écart ΔΩί+2 avec un second seuil de régime SDi+2.
Si cet écart ΔΩί+2 est inférieur ou égal au second seuil de régime 8Ωί+2, ce qui signifie qu’il n’y a pas eu de baisse sensible de régime moyen, l’algorithme se poursuit sur l’étape E13.
Au contraire, si cet écart ΔΩί+2 est supérieur ou égal au second seuil de régime 8Ωί+2, ce qui signifie qu’il y a eu une seconde baisse marquée de régime moyen, l’algorithme se poursuit à une étape E11.
Au cours de cette étape E11, le calculateur calcule l’écart ΔΟ,+2 entre la seconde valeur Cj+i et la troisième valeur Cj+2 du couple estimé par couplemètre logiciel, selon la formule mathématique suivante :
ACj+2 = Cj+1 - Cj+2
Il compare alors cet écart ACi+2 avec un second seuil de couple SCj+2·
Si cet écart ACi+2 est inférieur ou égal au second seuil de couple SCi+2, ce qui signifie qu’il n’y a pas eu de baisse sensible du couple estimé, if C, et l’algorithme se poursuit par l’étape E13.
Au contraire, si cet écart ACj+2 est supérieur au second seuil de couple SCj+2, ce qui signifie qu’il y a eu une baisse notable du couple estimé par couplemètre logiciel, l’algorithme se poursuit par une étape E12.
Cette étape E12 consiste pour le calculateur à déduire qu’il y a eu un phénomène de pré-allumage dans le troisième cylindre.
Dans ce cas, il est de préférence prévu une étape de correction des consignes du moteur pour éviter que ce phénomène se reproduise.
Pour la mise en œuvre de l’algorithme représenté sur la figure 4, on utilise donc plusieurs seuils de régime et de couple SCi+i, SCj+2, SDi+1, SDi+2.
Ces seuils seront tous lus dans la cartographie enregistrée dans la mémoire morte. On notera qu’ils pourront varier en fonction des conditions de fonctionnement du moteur.
La présente invention n’est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention. On pourra notamment utiliser toute autre méthode connue de détermination du couple moyen de combustion par couplemètre logiciel, notamment les procédés décrits dans les publications FR-A1-2793558, EP-A15 0448603, etc.
Claims (7)
- REVENDICATIONS1. Procédé de détection d’un pré-allumage d’un mélange d’air frais et de carburant dans un cylindre (4) d’un moteur à combustion interne (1), ledit moteur à combustion interne (1) étant piloté pour tourner à un régime de consigne (Oc) et fonctionnant selon des cycles de combustion successifs (i, i+1, i+2) en tournant à un régime moyen (Ω) et en développant un couple de combustion moyen (C) donnés, lesdits régime moyen et couple moyen étant calculés par un couplemètre logiciel à partir des durées de défilement, devant un capteur de défilement monté fixe au voisinage d’une couronne solidaire d’un vilebrequin (10) du moteur, d’une pluralité de repères (30,31) de mesure disposés sur ladite couronne, caractérisé en ce que, lorsque les variations du régime de consigne (Qc) sur trois cycles de combustion successifs (i, i+1, i+2) restent inférieures à un seuil (SQC) prédéterminé, on diagnostique un pré-allumage du mélange au cours du troisième des trois cycles de combustion successifs (i+2) lorsque sont détectées, au cours de ces trois cycles de combustion successifs (i, i+1, i+2) :- une première baisse de régime moyen (Ω), entre le premier et le deuxième cycle, qui est supérieure à un premier seuil de régime (SQi+1) prédéterminé, et une surestimation, par ledit couplemètre logiciel, de la valeur du couple de combustion moyen du deuxième cycle (Cj+i), ladite surestimation étant supérieure à un premier seuil de couple (SCj+i) prédéterminé ; puis,- une deuxième baisse de régime moyen (Ω), entre le deuxième et le troisième cycle, qui est supérieure à un deuxième seuil de régime (8Ωί+2) prédéterminé, et une baisse de la valeur de couple moyen (Ω) estimé par ledit couplemètre, entre le deuxième et le troisième cycle, ladite baisse étant supérieure à un deuxième seuil de couple (SCi+2) prédéterminé.
- 2. Procédé de détection selon la revendication 1, comportant :- une étape d’estimation d’une première valeur (Ω,) du régime moyen (Ω) au cours du premier des trois cycles de combustion successifs (i),- une étape d’estimation d’une deuxième valeur (Ω,+ι) du régime moyen (Ω) au cours du deuxième des trois cycles de combustion successifs (i+1), et- une étape de comparaison d’un écart entre la première valeur (Ω,) et la deuxième valeur (Ωί+ι) du régime moyen (Ω) avec un premier des seuils de régime (8Ωί+ι), et dans lequel on diagnostique un pré-ailumage du mélange au cours du troisième des trois cycles de combustion successifs (i+2) à condition notamment que ledit écart révèle une première baisse du régime moyen (Ω), d’amplitude supérieure audit premier seuil de régime (SQî+i).5
- 3. Procédé de détection selon la revendication précédente, comportant :- une étape de détermination d’une valeur (Cm) d’un couple moyen estimé par le couplemètre logiciel lors du second des trois cycles de combustion successifs (i+1),,- une étape de détermination du couple moyen réel (Ο^βι,ΐ+ι) au cours 10 du second des trois cycles de combustion successifs, et- une étape de comparaison de l’écart entre ledit couple moyen estimé (Cm) et ledit couple moyen réel (Créei,i+i) avec le premier seuil de couple (SCm), et dans lequel on diagnostique un pré-ailumage du mélange au cours du troisième des trois cycles de combustion successifs (i+2) à condition notamment15 que ledit écart soit supérieur audit premier de couple (SCm).
- 4. Procédé de détection selon l’une des revendications précédentes, comportant ;- une étape d’estimation d’une seconde valeur (Cm) du couple moyen (C) au cours du deuxième des trois cycles de combustion successifs (i+1),20 - une étape d’estimation d’une troisième valeur (Ci+2) du couple moyen (C) au cours du troisième des trois cycles de combustion successifs (i+2), et- une étape de comparaison de l’écart entre fa deuxième valeur (Cm) et la troisième valeur (Ci+2) du couple moyen (C) avec le second seuil de couple (SCi+2), et25 dans lequel on diagnostique un pré-allumage du mélange au cours du troisième des trois cycles de combustion successifs (i+2) à condition notamment que ledit écart soit supérieur audit second seuil de couple (SCj+2).
- 5. Procédé de détection selon l’une des revendications précédentes, comportant :30 - une étape d’estimation d’une deuxième valeur (Qi+1) du régime moyen (Ω) au cours du deuxième des trois cycles de combustion successifs (i+1),- une étape d’estimation d’une troisième valeur (Ω1+2) du régime moyen (Ω) au cours du troisième des trois cycles de combustion successifs (i+2), et- une étape de comparaison de l’écart entre la deuxième valeur (Ωμ) et la troisième valeur (Oî+2> du régime moyen (Q) avec le deuxième seuil de régime (SOi+2), et dans lequel on diagnostique un pré-allumage du mélange au cours du troisième des trois cycles de combustion successifs (i+2) à condition notamment que ledit écart soit supérieur audit second seuil de régime (SQi+2).
- 6. Procédé de pilotage d’un moteur à combustion interne (1), comportant :- une étape d’élaboration d’un ensemble de consignes, parmi lesquelles un régime de consigne (Qc),- une étape de pilotage du moteur à combustion interne selon lesdites consignes,- une étape de diagnostic au cours de laquelle un procédé de détection conforme à l’une des revendications précédentes est mis en oeuvre, puis, si un pré-allumage est détecté,- une étape de correction de l'une au moins desdites consignes.
- 7. Moteur à combustion interne (1) comportant ;- au moins un cylindre (4) à l’intérieur duquel coulisse un piston (8),- un vilebrequin (10) qui est relié au piston (8),- un moyen d’estimation du régime instantané (R), adapté à estimer la vitesse de rotation du vilebrequin (10), et- un moyen d’estimation du couple moyen (C), adapté à estimer le couple exercé par le piston (8) sur le vilebrequin (10), caractérisé en ce qu’il comporte un calculateur adapté à mettre en œuvre un procédé de détection conforme à l’une des revendications 1 à 6.vz\1/3XSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSZSSSSJ
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|---|---|---|---|---|
| FR3089255A1 (fr) * | 2018-12-04 | 2020-06-05 | Continental Automotive France | Procédé d’anticipation d’apparition d’un phénomène de combustion lisse dans un moteur thermique |
Citations (3)
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| FR2681425A1 (fr) * | 1991-09-12 | 1993-03-19 | Renault | Procede et dispositif de mesure du couple d'un moteur thermique a combustion interne. |
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2017
- 2017-03-30 FR FR1752730A patent/FR3064679A1/fr active Pending
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