FR2884283A1 - Procede de regulation d'un moteur a combustion - Google Patents

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Abstract

Procédé de régulation d'un moteur à combustion interne doté d'un turbocompresseur pour apporter du comburant sous pression dans au moins une chambre de combustion du moteur et d'un dispositif de commande d'allumage dans ladite chambre de combustion d'un mélange de carburant et de comburant, le procédé comportant une mesure d'au moins un paramètre représentatif d'un allumage spontané dans la chambre de combustion dudit moteur.En cas de détection (1) d'au moins un allumage spontané, on réduit (2) une pression de comburant apporté par le turbocompresseur dans ladite chambre par rapport à ce qu'était cette pression avant détection de l'allumage spontané.

Description

PROCEDE DE REGULATION D'UN MOTEUR A COMBUSTION
La présente invention concerne, de façon générale, le domaine de la régulation des moteurs et plus particulièrement les procédés de régulation visant à supprimer ou au moins réduire les phénomènes d'autoallumage aussi appelés cliquetis.
Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de régulation d'un moteur à combustion interne doté d'un turbocompresseur pour apporter du comburant sous pression dans au moins une chambre de combustion du moteur et d'un dispositif de commande d'allumage dans ladite chambre de combustion d'un mélange de carburant et de comburant, le procédé comportant une mesure d'au moins un paramètre représentatif d'un allumage spontané dans la chambre de combustion dudit moteur.
Les moteurs à allumage commandé sont soumis à des problèmes d'autoallumage aussi appelés allumage spontané ou cliquetis. Ces allumages spontanés sont néfastes pour le fonctionnement du moteur car ils réduisent son rendement et peuvent conduire à des ruptures mécaniques du moteur.
C'est la raison pour laquelle de nombreux fabricants de moteurs ont développé diverses solutions visant à supprimer ce phénomène d'allumage spontané du mélange comburant/carburant dans une chambre de combustion.
Un procédé de régulation du type précédemment défini, permettant une réduction des allumages spontanés, est par exemple décrit dans le document brevet EP 0 889 309.
Ce document propose de mesurer des paramètres acoustiques sur le moteur à l'aide d'un capteur et ainsi de détecter l'apparition d'un allumage spontané. Lorsqu'un tel allumage spontané est détecté on réduit alors l'avance de l'allumage commandé ce qui a pour effet de réduire à plus ou moins long terme le phénomène d'autoallumage. Une fois que le phénomène d'allumage spontané a été supprimé, on peut alors retourner à la valeur d'avance d'allumage souhaitée sans être contraint par le phénomène d'allumage spontané.
Toutefois, il a été remarqué que la réduction d'avance entraîne également une forte réduction de la pression moyenne effective du moteur (PME) qui est le rapport de la puissance motrice par la cylindrée du moteur.
Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un procédé permettant de réduire le nombre d'allumages spontanés, tout en limitant la perte de puissance motrice.
A cette fin, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule défini précédemment, est essentiellement caractérisé en ce qu'en cas de détection d'au moins un allumage spontané, on réduit une pression de comburant apporté par le turbocompresseur dans ladite chambre par rapport à ce qu'était cette pression avant détection de l'allumage spontané.
Grâce au procédé selon l'invention, le taux de persistance des phénomènes d'allumage spontané est largement réduit sans pour autant avoir une perte de puissance moteur aussi importante que si l'on avait uniquement réduit l'avance pour supprimer le phénomène d'allumage spontané. Ce gain de puissance permis par le procédé de l'invention par rapport aux procédé de l'art antérieur sera expliqué en référence à la figure 1.
On peut par exemple faire en sorte de générer une valeur représentative de l'allumage spontané en fonction dudit paramètre mesuré et de réduire la pression de comburant apporté par le turbocompresseur lorsque ladite valeur représentative passe un seuil prédéterminé.
Cette caractéristique permet de quantifier l'importance du phénomène d'allumage spontané à l'aide d'une valeur représentative. En effet le phénomène d'allumage spontané peut se reproduire à chaque cycle moteur ou sur quelques cycles consécutifs ou non. Ainsi la réduction de la pression de comburant peut être ajusté en fonction du nombre d'occurrences d'allumage spontané sur un nombre de cycles moteur donné.
On peut également faire en sorte que le moteur ait un fonctionnement cyclique et en ce que l'allumage commandé soit réalisé à un instant d'allumage commandé propre à chaque cycle moteur, l'instant d'allumage commandé étant défini à chaque cycle moteur par une valeur d'avance par rapport à un angle de rotation moteur périodique et qu'en cas de détection d'au moins un allumage spontané durant un cycle moteur et avant de réduire la pression de comburant apporté par le turbocompresseur, on réduit ladite la valeur d'avance par rapport à ce qu'elle était durant le cycle moteur où a eu lieu l'allumage spontané.
On a remarqué que le temps de réponse à une action visant à supprimer ou réduire un phénomène d'allumage spontané dépend de l'action effectuée. Ainsi la réduction du taux d'allumage spontané est plus rapide si l'on réduit l'avance que si l'on réduit la pression des comburants apportés par le turbocompresseur, cette dernière action étant plus lente que la précédente.
De ce fait en réduisant l'avance d'allumage avant de réduire la pression de suralimentation, on assure une réponse rapide au besoin de réduction du phénomène d'allumage spontané. Toutefois la réduction de la suralimentation permet également de répondre au besoin de réduction du phénomène d'allumage spontané mais avec un temps de réponse plus long que si l'on réduit directement l'avance. Ainsi la réduction d'avance peut être mise en uvre pour réduire l'allumage spontané mais cette réduction d'avance sera moindre que dans les procédés de l'art antérieur car elle est complétée par une réduction de la pression des comburants apportés par le turbocompresseur. Cette combinaison des deux actions (réduction de l'avance et de la pression de suralimentation) peut être avantageuse pour d'une part répondre rapidement au besoin de réduction du phénomène d'allumage spontané (rapidement signifie en moins de 100 tours moteur pour un moteur fonctionnant à 3000 tours par minute) et d'autre part éviter une trop forte baisse de la puissance motrice générée par le moteur.
En effet on peut dans un premier temps réduire l'avance puis si le phénomène d'allumage spontané persiste réduire la pression de comburants apportés et progressivement ré augmenter l'avance avant au final de ré augmenter la pression de comburants apportés, cette dernière ré augmentation se faisant une fois que le phénomène d'allumage spontané a disparu et/ou que la valeur représentative de l'allumage spontanée a passée un seuil prédéterminé d'acceptabilité du phénomène.
Selon cette logique, on peut par exemple faire en sorte qu'après avoir réduit ladite valeur d'avance par rapport à ce qu'elle était durant le cycle moteur où a eu lieu l'allumage spontané, si on observe un nouvel allumage spontané, alors on commande la réduction de la pression de comburant apporté par le turbocompresseur.
On peut également faire en sorte que si après avoir réduit la pression de comburant apporté par le turbocompresseur on observe à nouveau un allumage spontané, alors on réduit encore la pression de comburant apporté par le turbocompresseur. Cette caractéristique permet de limiter autant que possible la réduction de la pression de comburant ce qui permet de réduire autant que possible la perte de puissance motrice générée par l'action de réduction de l'allumage spontané.
On peut également faire en sorte que si après avoir réduit la pression de comburant apporté par le turbocompresseur on ne détecte plus d'allumage spontané, alors on augmente la pression de comburant apporté par le turbocompresseur.
Cette étape du procédé consistant à un retour à un niveau de pression de comburant après détection de la disparition du phénomène d'allumage spontané doit être la plus rapide possible afin de limiter au maximum la perte de rendement du moteur liée à l'action anti-allumages spontanés.
On peut également faire en sorte que l'augmentation de la pression de comburant apporté par le turbocompresseur soit limitée par une valeur de pression de consigne pré-enregistrée dans une base de données cartographiées.
Ainsi après avoir réduit la pression de comburant, et ainsi supprimé le phénomène d'allumage spontané, alors on cherche à régler à nouveau la pression de comburant pour que celle-ci corresponde au besoins du moteur. Pour cela on cherche à faire converger cette pression vers une valeur de consigne qui est préenregistrée.
Une telle valeur de consigne peut par exemple être donnée en fonction de paramètres courants de fonctionnement du moteur tels que le couple et le régime.
En ce cas la base de données dans laquelle est enregistrée la valeur de consigne est une base de données cartographique.
On peut également faire en sorte que si après avoir réduit ladite valeur d'avance on ne détecte plus d'allumage spontané, alors on fait varier ladite valeur d'avance pour qu'elle tende vers une valeur d'avance de consigne pré-enregistrée dans une base de données.
De la même manière que ce qui a été décrit précédemment pour la pression des comburants apportés, une fois le phénomène d'allumage spontané disparu, on cherche à faire converger la valeur d'avance vers une valeur de consigne pré-enregistrée. Une telle valeur de consigne peut également dépendre de paramètre de fonctionnement courants du moteur mesurés par des capteurs (vitesse, couple, charge en carburant).
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente des courbes de puissance moyenne effective de moteur en fonction de valeurs d'avances d'allumage commandé.
la figure 2 représente un organigramme du procédé 5 selon l'invention.
Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un procédé de régulation de moteur.
Un capteur de vibration est disposé sur la culasse/bloc cylindre du moteur et est relié à une unité de commande électronique qui commande les actions du moteur en fonction des paramètres moteur captés et transmis par les capteurs. Cette unité de commande est donc adaptée pour la mise en uvre du procédé de l'invention.
Si l'unité de commande recevant le signal du capteur de vibrations détecte l'occurrence d'un allumage spontané alors elle déclenche des actions visant à éviter que d'autres allumages spontanés se renouvellent.
Le procédé de l'invention a pour objet de réduire le nombre d'allumages spontanés et consiste principalement à diminuer la pression des comburants à l'admission du moteur.
Pour réduire cette pression de comburant, sur un moteur équipé d'un turbocompresseur apportant le comburant aux chambres de combustion, on peut par exemple réduire la vitesse de rotation du turbocompresseur et/ou préférentiellement faire en sorte d'ouvrir une vanne d'échappement de comburant située entre le compresseur du turbocompresseur et la chambre de combustion ou une soupape de décharge généralement désignée dans le domaine technique de l'invention par le terme waste-gate .
L'ouverture d'une telle vanne d'échappement de comburant vers une zone d'air libre est avantageuse car on peut faire varier la pression de comburant à volonté en variant simplement le taux d'ouverture de la vanne. La solution consistant à faire varier la vitesse du turbocompresseur pour adapter la pression de comburant dans les chambres est privilégiée si l'on peut accepter un temps de réponse plus lent du système entre l'action de commande et les effets produits par cette commande.
La figure 1 présente deux courbes de pression moyennes effectives du moteur (PME) en fonction de l'avance à l'allumage. La première de ces courbes qui est en trait plein correspond à la courbe de puissance type pour une pression de suralimentation donnée élevée.
La seconde de ces courbes qui est en traits pointillés correspond à la courbe de puissance type pour une pression de suralimentation réduite.
La première courbe a une forme sensiblement identique à la seconde et se trouve toujours au-dessus de la seconde. Ainsi, pour une avance donnée le niveau de puissance motrice est toujours supérieur si la pression de suralimentation est élevée (courbe en trait plein) et est plus faible si la pression de suralimentation est réduite (courbe en pointillés).
Chacune de ces deux courbes a une portion croissante définie entre un niveau d'avance faible et un niveau d'avance intermédiaire et une portion décroissante définie entre le niveau d'avance intermédiaire (propre à chaque courbe) et un niveau d'avance supérieur. Pour chaque courbe un niveau de puissance maximum est atteint lorsque l'avance est réglée à une valeur intermédiaire située entre les portions croissante et décroissante.
Dans l'art antérieur, en cas de détection d'un allumage spontané, pour une valeur d'avance d'allumage nominale et pour un niveau de pression comburant élevé (par exemple au point A de la courbe en trait continu), on réduit la valeur d'avance de façon importante jusqu'à supprimer le phénomène allumage spontané. Dans ce cas, le niveau de puissance motrice (PME) après retrait/réduction de l'avance est également réduit d'une valeur importante. On passe ainsi du point de fonctionnement A au point de fonctionnement B1 de la courbe en trait continu. La valeur d'avance de Bi est faible et est notée retrait . Toujours dans ce cas de l'art antérieur où pour supprimer le phénomène d'allumage spontané on réduisait uniquement l'avance, il y avait une perte de puissance motrice importante notée perte sur l'axe des ordonnées.
Au contraire, selon le procédé de l'invention on réduit la pression de suralimentation en comburant pour supprimer le phénomène d'allumage spontané. Cette réduction de pression de suralimentation entraîne une baisse de la puissance motrice PME (passage de A à B2), mais cette baisse est moindre par rapport à ce qu'elle serait si l'on mettait en oeuvre le procédé sus-cité de l'art antérieur.
Dans le cas de l'invention et en se plaçant toujours au point de fonctionnement A, si le phénomène d'allumage spontané est détecté, alors la réduction du niveau de pression de suralimentation avec conservation du niveau d'avance entraîne une légère réduction de la puissance motrice, et on se trouve alors au point de fonctionnement B2. Cette légère réduction de la puissance 2884283 10 motrice est égale à la différence des coordonnées en ordonnées des points A et B2.
L'invention permet donc un gain de puissance motrice noté Gain PME par rapport au cas d'une régulation selon l'art antérieur, ce gain de puissance correspondant à l'écart en ordonnées entre les points B1 et B2.
La figure 2 présente un organigramme d'un premier mode de réalisation de l'invention.
Cet organigramme comporte une première étape de détection d'allumage spontané 1 suivie d'une étape de retrait d'avance à l'allumage 3 qui intervient lorsque l'on a détecté un allumage spontané. Bien entendu ce retrait d'avance à l'allumage est inférieur à celui mis en oeuvre dans le cas de l'art antérieur afin que la perte de puissance motrice reste inférieure à celle constatée dans le procédé de régulation de l'art antérieur précité (ce procédé de l'art antérieur utilisant uniquement une action de réduction de l'avance, sans mise en oeuvre de la réduction de pression de comburant).
L'étape de réduction d'avance notée retrait d'avance 3 est immédiatement suivie d'une étape de test 5 consistant à évaluer si le phénomène d'allumage spontané est toujours détecté ou non.
Dans le cas où à l'issue de l'étape de test 5, on constate qu'il n'y a plus d'allumage spontané alors on met en oeuvre une étape 4 de retour à une avance non réduite, c'est à dire soit une valeur d'avance nominale avant détection de l'allumage spontané, soit une valeur d'avance pré enregistrée dans une base de données cartographique.
Dans le cas contraire, où à l'issue de l'étape de test 5 on confirme la présence du phénomène d'allumage spontané, alors on met en oeuvre une étape 2 de réduction de pression de comburant apporté par le turbocompresseur. Cette étape 2 fait partie d'une boucle dite lente car le temps entre l'action de réduction de pression et l'effet de suppression de l'allumage peut être supérieur à 100 tours moteur d'un moteur fonctionnant à 3000 tours par minute.
Cette étape 2 de réduction de la pression de comburant est selon une variante de l'invention réalisée sans modification de la valeur d'avance, cette valeur d'avance ayant été préalablement fixée à l'étape 3.
Selon une autre variante de l'invention cette étape 2 de réduction de la pression de comburant est réalisée en même temps qu'un retour progressif à une valeur d'avance non réduite.
Cette valeur d'avance non réduite est soit la valeur d'avance nominale, c'est-à-dire la valeur d'avance avant la réduction de l'étape 3, soit une valeur préenregistrée dans une base de données cartographique et correspondant à un point de fonctionnement donné du moteur.
L'étape 3 de réduction de pression de comburant est immédiatement suivie d'une étape de test 6 semblable à l'étape de test 5 et consistant à déterminer si le phénomène d'allumage spontané est présent ou non.
Dans le cas où l'allumage spontané est toujours détecté malgré la mise en oeuvre de l'étape 3 de réduction de la pression de comburant, alors on retourne à l'étape 2 de réduction de la pression de comburant. Si au contraire on constate à l'étape de test 6 que le phénomène d'allumage spontané a disparu alors on passe directement à l'étape 4 de retour à la pression de comburant non réduite.
Cette valeur de pression de comburant apportée non réduite est soit la valeur de la pression de comburant telle qu'elle était au moment où l'on a détecté l'allumage spontané (au moment de l'étape 1), soit une valeur de pression préenregistrée dans une base de données cartographique et correspondant à un point de fonctionnement donné du moteur (ce point de fonctionnement dépend des conditions de fonctionnement du moteur au moment du passage de l'étape 6 à l'étape 4).
Grâce au procédé de l'invention, on peut donc supprimer un allumage spontané tout en limitant au maximum la perte de puissance motrice générée par l'action anti-allumage spontané.

Claims (9)

Revendications
1. Procédé de régulation d'un moteur à combustion interne doté d'un turbocompresseur pour apporter du comburant sous pression dans au moins une chambre de combustion du moteur et d'un dispositif de commande d'allumage dans ladite chambre de combustion d'un mélange de carburant et de comburant, le procédé comportant une mesure d'au moins un paramètre représentatif d'un allumage spontané dans la chambre de combustion dudit moteur, caractérisé en ce qu'en cas de détection (1) d'au moins un allumage spontané, on réduit (2) une pression de comburant apporté par le turbocompresseur dans ladite chambre par rapport à ce qu'était cette pression avant détection de l'allumage spontané.
2. Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on génère une valeur représentative de l'allumage spontané en fonction dudit paramètre mesuré et en ce que ladite réduction de pression de comburant (2) est réalisée lorsque ladite valeur représentative passe un seuil prédéterminé.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le paramètre mesuré est un comportement vibratoire du moteur.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moteur a un fonctionnement cyclique et en ce que l'allumage commandé est réalisé à un instant d'allumage commandé propre à chaque cycle moteur, l'instant d'allumage commandé étant défini à chaque cycle moteur par une valeur d'avance par rapport à un angle de rotation moteur périodique et en ce qu'en cas de détection (1) d'au moins un allumage spontané durant un cycle moteur et avant de réduire (2) la pression de comburant apporté par le turbocompresseur, on réduit ladite la valeur d'avance (3) par rapport à ce qu'elle était durant le cycle moteur où a eu lieu l'allumage spontané.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que si après avoir réduit ladite valeur d'avance (3) par rapport à ce qu'elle était durant le cycle moteur où a eu lieu l'allumage spontané, on observe un nouvel allumage spontané, alors on commande la réduction (2) de la pression de comburant apporté par le turbocompresseur.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que si après avoir réduit (2) la pression de comburant apporté par le turbocompresseur on observe à nouveau un allumage spontané, alors on réduit encore la pression de comburant apporté par le turbocompresseur.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que si après avoir réduit (2) la pression de comburant apporté par le turbocompresseur on ne détecte plus d'allumage spontané, alors on augmente la pression de comburant apporté par le turbocompresseur (4).
8. Procédé selon la revendications 7, caractérisé en ce que l'augmentation (4) de la pression de comburant apporté par le turbocompresseur est limitée par une valeur de pression de consigne pré- enregistrée dans une base de données cartographiées.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, lorsque combinée à la revendication 4, caractérisé en ce que si après avoir réduit ladite valeur d'avance (3) on ne détecte plus d'allumage spontané, alors on fait varier ladite valeur d'avance pour qu'elle tende vers une valeur d'avance de consigne pré-enregistrée dans une base de données.
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