FR2952133A1

FR2952133A1 - Procede de regulation ou de commande de la temperature d'une bougie de prechauffage

Info

Publication number: FR2952133A1
Application number: FR1059025A
Authority: FR
Inventors: Bernd Rapp; Sascha Joos
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2011-05-06
Anticipated expiration: 2030-11-03
Also published as: IT1401546B1; US9816478B2; FR2952133B1; DE102009046438A1; CN102052229A; JP2011099443A; US20110127250A1; ITMI20101994A1; CN102052229B; JP5780739B2

Abstract

Procédé de régulation ou de commande de la température d'une bougie de préchauffage (2) au cours de la phase de chauffage de la bougie en déterminant la température en fonction de la résistance de la bougie de préchauffage (2). Pour permettre la régulation ou la commande de la température de la bougie de préchauffage (2) même pendant la distribution non stationnaire de la température dans la bougie de préchauffage (2), on calcule la valeur de la résistance pour déterminer la température pendant l'évolution non stationnaire de la température dans la bougie de préchauffage (2) à l'aide d'un modèle physique.

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de régulation ou de commande de la température d'une bougie de préchauffage au cours de la phase de chauffage de la bougie de préchauffage, selon lequel on détermine une valeur de la température en fonction de la résistance de la bougie de préchauffage. Etat de la technique Les bougies de préchauffage utilisées dans les moteurs thermiques (moteur à combustion interne) pour allumer un mélange air/carburant, sont préchauffées lorsqu'elles sont froides avant que leur température ne soit suffisamment élevée pour permettre l'allumage du mélange air/ carburant. La bougie de préchauffage comporte pour cela un dispositif de chauffage qui reçoit lorsque la bougie de préchauffage est froide, en un temps très court de 1 à 2 secondes, une tension de chauffage, excessive, de sorte qu'à ce moment, la bougie de préchauffage est sollicitée de manière excessive. A la fin de cette phase dite de poussée, la pointe de la bougie de préchauffage a une température supérieure à 1000°C alors que la partie restante de la bougie de préchauffage est encore à une température très loin en dessous de cette température de 1000°C. La régulation ou commande normale de la bougie de préchauffage se font en mesurant la résistance d'un fil incandescent dans la bougie de préchauffage. Comme à la fin de la phase de poussée, le reste de la bougie de préchauffage et ainsi également le reste du fil incandescent n'est pas encore à la température de la pointe de la bougie de préchauffage, il n'est pas possible d'assurer une régulation ou une commande normale de la température en mesurant la résistance du fil incandescent. Le profil non stationnaire de la température qui s'établit après la phase de poussée dans la bougie de préchauffage, dure environ 30 secondes. Ensuite, la température de la bougie de préchauffage s'est équilibrée ce qui permet alors une régulation ou commande normale en température en utilisant la résistance mesurée. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé de commande ou de régulation de la température d'une bougie

2 de préchauffage en phase de chauffage de la bougie permettant la régulation et la commande de la température de la bougie de préchauffage même pendant la distribution encore non stationnaire de la température dans la bougie de préchauffage.

Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un procédé de régulation ou de commande de la température d'une bougie de préchauffage, du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on calcule la valeur de la résistance pour déterminer la température au cours d'une évolution non stationnaire de la température dans la bougie de préchauffage à l'aide d'un modèle physique. L'avantage de l'invention réside dans une modélisation de qualité plus élevée de la température d'incandescence, permettant ainsi la régulation ou la commande de cette température à tout instant de la phase d'incandescence, notamment directement au démarrage du moteur thermique. De manière avantageuse, on détermine la valeur de la température en fonction de la résistance mesurée et de la résistance calculée. La résistance mesurée constitue la valeur de départ fiable pour le calcul des températures que l'on calcule dans la période de la phase de chauffage. Cela garantit une base fiable pour la régulation ou la commande de la température de préchauffage de la bougie de préchauffage au cours de la phase de chauffage avec les valeurs de résistance calculées pour les températures.

Selon un développement, on détermine la température dans plusieurs intervalles de temps, la valeur de la résistance calculée variant en fonction des intervalles de temps précédents. Cela signifie que chaque fois après un certain intervalle de temps, on calcule une nouvelle valeur de la température sur laquelle s'appuient la régulation ou la commande. La valeur de la résistance à calculer dépend ainsi avantageusement uniquement de l'intervalle de temps passé et non de la température déterminée préalablement ce qui est particulièrement avantageux pour une évaluation non stationnaire de la température comme celle que l'on rencontre au cours de la phase de chauffage de la bougie de préchauffage. Grâce à ce procédé, il n'est pas nécessaire

3 d'utiliser un thermoélément comme bougie de mesure ce qui réduit le coût en matériel. Selon un développement, on détermine la valeur calculée de la résistance selon une fonction exponentielle décroissante, l'exposant de la fonction étant constitué par le temps de relaxation thermique et une constante de temps. Le temps de relaxation thermique désigne ici le temps nécessaire jusqu'à ce que la température de la bougie de préchauffage soit stabilisée après la phase de poussée, c'est-à-dire jusqu'à ce que la température de la bougie de préchauffage ait atteint une distribution stationnaire. A l'aide d'une modélisation non stationnaire de la température de la bougie de préchauffage dans la phase de chauffage, on peut réaliser des commandes et des régulations de la température de préchauffage en fonction du point de fonctionnement du moteur en réglant par exemple différemment la charge du moteur thermique. De manière avantageuse, on détermine la constante de temps une seule fois pour la bougie de préchauffage utilisée. Comme du fait de la dispersion de fabrication, la constante de temps est spécifique à chaque bougie de préchauffage, on détermine la constante de temps dés la mise en place de la bougie de préchauffage dans le moteur thermique et on enregistre cette valeur dans l'appareil de commande pour servir ensuite. Suivant une variante, on initialise la première valeur de la résistance à calculer avec une valeur initiale qui est multipliée par la fonction exponentielle. Selon un développement, on détermine la valeur de départ à partir de la différence entre la résistance que l'on détermine une seule fois à partir d'une distribution homogène de la température dans la bougie de préchauffage et la résistance détectée à la fin d'une phase de préchauffage. On suppose pour cela, que l'instant de la fin de la phase de préchauffage, encore appelée phase de poussée, est égal à l'instant du démarrage de la phase d'équilibrage des températures et que l'on appelle phase de chauffage. Ainsi, on calcule la différence à partir d'une résistance prévisible à la fin de la phase de chauffage et de la résistance à la fin de la phase de préchauffage, au moment du début

4 de la phase de chauffage. Le calcul de la résistance à la fin de la phase de chauffage, dépend ainsi de la température de la bougie de préchauffage à la fin de la phase de préchauffage et qui se calcule en tenant compte de la tension électrique du véhicule appliquée à la bougie de préchauffage et à partir de l'énergie fournie par la bougie de préchauffage. Selon un développement, pendant la brève phase de préchauffage, la bougie de préchauffage reçoit une tension de chauffage supérieure à la tension de fonctionnement appliquée à la bougie de préchauffage ce qui développe une évolution non stationnaire de la température dans la bougie de préchauffage. Cette procédure met la bougie de préchauffage à une température qui produit l'évolution non stationnaire de la température dans la bougie de préchauffage et sert au modèle physique pour déterminer l'état de la température au cours de la phase de chauffage de la bougie de préchauffage dans laquelle la distribution non stationnaire de la température se transforme en une distribution stationnaire de la température le long de la bougie de préchauffage. De manière avantageuse, la valeur de la résistance calculée pour un segment de temps précédant constitue le point de départ du calcul de la valeur suivante de la résistance dans le segment de temps suivant. Les valeurs calculées de la résistance sont fondées les unes sur les autres si bien que le modèle physique représente très bien l'évolution non stationnaire de la température de la bougie de préchauffage à la fois pour de l'air au repos et pour le démarrage du moteur thermique ou son ralenti ainsi que le mode de fonctionnement dynamique du moteur si le véhicule est directement accéléré après le démarrage. C'est pourquoi, les valeurs de température calculées à l'aide du modèle physique, peuvent servir à la régulation ou à la commande de la température de la bougie de préchauffage. Selon un développement, on mesure la résistance de la bougie de préchauffage pour former la valeur de la température à la fin de la phase de préchauffage. Suivant une variante, on détermine la résistance mesurée à partir de la tension et de l'intensité obtenues en mesurant la tension appliquée à la bougie de préchauffage et le courant traversant la bougie de préchauffage. Comme ces paramètres peuvent se mesurer à l'aide de l'appareil de commande, on pourra calculer simplement la résistance à partir de l'état effectif de la bougie de préchauffage. Toutefois, la 5 résistance devient plus faible à cause de la distribution non stationnaire de la température par rapport à la résistance prévisible à la fin de la phase de chauffage. De manière avantageuse, à la fin de la phase de chauffage de la bougie de préchauffage, au cours de laquelle il s'est établi un profil non stationnaire de température dans la bougie de préchauffage, la régulation de la température se fait en fonction de la valeur mesurée de la résistance qui représente la température de la bougie de préchauffage. Ainsi, il est possible à tout moment de commander et de réguler la température de la bougie de préchauffage à partir du lancement du moteur thermique car pendant le profil non stationnaire de la température, on détermine la valeur réelle de la température à l'aide du modèle physique alors qu'une fois que le profil de température stationnaire s'est établi, on mesure la résistance de la bougie de préchauffage et à partir de la valeur mesurée on détermine les valeurs réelles de la température pour la régulation et/ou la commande. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide de différents modes de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe du montage d'une bougie de préchauffage dans un moteur thermique, - la figure 2 montre schématiquement un diagramme de calcul de la température pendant la distribution non stationnaire de la température.

Description de modes de réalisation de l'invention Les moteurs thermiques froids, en particulier les moteurs Diesel nécessitent une aide au démarrage pour des températures < 40°C pour allumer le mélange carburant/air introduit dans un moteur Diesel. Comme aide au démarrage, on utilise des systèmes de préchauffage composés d'une bougie de préchauffage, d'un appareil de

6 commande de durée de préchauffage et d'un programme de préchauffage enregistré dans l'appareil de commande ou de gestion du moteur. De plus, les systèmes de préchauffage sont également utilisés pour améliorer les émissions polluantes du véhicule. D'autres domaines d'application du système de préchauffage sont ceux des brûleurs des systèmes de traitement des gaz d'échappement, ou du chauffage à l'arrêt ou encore du préchauffage du carburant (par exemple le système Flex Fuel (marque déposée) ou encore le préchauffage de l'eau du circuit de refroidissement.

La figure 1 montre un tel système de préchauffage 1. Une bougie de préchauffage 2 vient en saillie dans la chambre de combustion 3 du moteur Diesel 4. La bougie de préchauffage 2 est reliée d'un côté à l'appareil de commande de durée de préchauffage 5 et de l'autre côté elle est reliée à une tension de réseau embarqué 6 qui applique à la bougie de préchauffage 2, une tension nominale par exemple égale à 11 V. L'appareil de commande de la durée de préchauffage 5 est relié à l'appareil de commande ou de gestion du moteur 7 lui-même relié au moteur Diesel 4. Pour l'allumage du mélange carburant/ air, on préchauffe la bougie de préchauffage 2 dans une phase de poussée d'une durée de 1 ou 2 secondes en appliquant une surtension. L'énergie électrique fournie ainsi à la bougie de préchauffage 2 est transformée en chaleur dans une spire chauffante non détaillée si bien que la température augmente rapidement à la pointe de la bougie de préchauffage. La puissance de chauffage de la spire chauffante est adaptée par l'appareil de commande électronique du temps de préchauffage 5 selon les exigences de chaque moteur Diesel 4. Le mélange carburant/air passe sur la pointe chaude de la bougie de préchauffage 2 et se chauffe par ce passage. Le préchauffage de l'air d'aspiration au cours de la phase de compression du moteur Diesel 4 combiné à la bougie de préchauffage, permet au mélange air/ carburant d'atteindre la température d'inflammation. La bougie de préchauffage 2 présente différentes phases de préchauffage. Comme déjà exposé, au cours d'une phase de chauffage, c'est-à-dire la phase de poussée qui demande entre 1 et 2

7 secondes, la bougie de préchauffage 2, froide, reçoit une tension de poussée supérieure à la tension nominale de la bougie de préchauffage 2. Au cours de cette brève période, la pointe de la bougie de préchauffage est chauffée au voisinage de 1000°C alors que la partie restante de la bougie de préchauffage 2, est encore en dessous de cette température si bien que l'on aboutit à une évolution non stationnaire de la température dans la bougie de préchauffage 2. La phase de préchauffage se poursuit par une phase de chauffage de la bougie de préchauffage 2 ; au cours de cette phase de chauffage, la distribution non stationnaire de la température évolue vers une distribution stationnaire de la température sur toute la bougie de préchauffage 2. Une telle phase de chauffage dure normalement environ 30 secondes. Au cours de cette période, la température de la bougie de préchauffage 2 n'est pas disponible pour la commande et/ou la régulation par l'appareil de commande de moteur 7 ayant le programme de la fonction de préchauffage. Ce n'est qu'une fois que l'évolution stationnaire de la température s'est établie au niveau de la bougie de préchauffage 2, que selon l'état de la technique actuel, on pouvait réguler la fonction de réchauffage.

La figure 2 montre un ordinogramme schématique pour le calcul de la température au cours de la phase de préchauffage intégrée comme programme usuel dans l'appareil de commande de moteur 7 pour y être prise en compte dans la régulation de la température pour la fonction de réchauffage par la bougie de préchauffage. Dans le bloc 100, on détermine l'énergie appliquée à la bougie de préchauffage 2 en mesurant la tension du réseau embarqué du véhicule équipé du moteur Diesel 4 et l'intensité du courant. En fonction de la tension du réseau embarqué, on détermine la durée de la phase de poussée. Ensuite, dans le bloc 101, on détermine la température TPouss atteinte par la pointe de la bougie de préchauffage 2 du fait de l'énergie fournie sous la forme de la tension de poussée à la bougie de préchauffage 2 au cours de la phase de poussée. Partant de ces conditions, le bloc 102 calcule une différence de résistance AR(t=o). Pour cela, on utilise la formule suivante :

8 AR(t=o) = R(t=3o) - RPouss(t=o) (1)

En variante, on peut convertir directement les valeurs de la résistance en une température. On applique alors les formules suivantes :

AT(t=o) = T(t=3o) - TPouss(t=o) avec T(t=3o) = f(R(t=3o)) et TPouss(t=o) = f(Rpouss(t=o))

La mesure de la valeur de la résistance R(t=30) se fait à la condition d'avoir une distribution stationnaire de la température, déterminée une seule fois après la mise en place de la bougie de préchauffage 2 dans le moteur Diesel 4 et enregistrée en mémoire pour les calculs suivants. En variante, on peut calculer la valeur de la résistance R(t=3o) à partir d'un modèle de résistance utilisant la valeur de la résistance R(t=3o) comme fonction de la température TPouss atteinte au cours de la phase de poussée par la bougie de préchauffage 2 ; comme déjà indiqué, la température TPouss est une fonction de l'énergie fournie à la bougie de préchauffage 2 au cours de la phase de poussée. Dans le bloc 103, on modélise l'opération d'équilibrage de la température qui se produit dans la phase de chauffage après la phase de poussée en tenant compte du temps (t) de relaxation thermique avec une composante exponentielle :

Tmod = f(Rmes) + AR(tk) (2) Par conversion en une température on obtient : Tmod = Tact + AT(tk), et Tact = f(Rmes)

avec AR(tk) = f(exp (-dtk/ T) AT(tk) = f(exp (-dtk/ T)

Dans ces formules, on détermine une résistance Rmes du fil chauffant de la bougie de préchauffage à l'instant to. Pour cela, on mesure la tension appliquée au fil chauffant de la bougie de préchauffage 2 et le courant traversant la bougie de préchauffage pour calculer à partir de la valeur de la résistance Rmes. L'instant to constitue la fin de la phase de poussée et en même temps le début de l'opération d'équilibrage des températures, c'est-à-dire de la phase de chauffage.

On initialise en multipliant la valeur de la différence de résistance AR(t=o) ou la valeur de la différence de température AT(t=o) obtenue par l'équation (1) avec la fonction exponentielle.

AR(to+i) = exp(-dt/T) • AR(t=o) (3) ou AT(to+i) = exp(-dt/T) • AT(t=o).

La constante de temps T forme une grandeur qui se détermine une seule fois pour chaque bougie de préchauffage 2 avant son utilisation. Cette grandeur est enregistrée en mémoire dans l'appareil de commande 7 du moteur. Le paramètre (dt) désigne l'intervalle de temps de relaxation thermique (en commençant par t(o) auquel on a déterminé la valeur de la résistance AR(to+i). On obtient ainsi la valeur de départ AR(to+i) qui est substituée dans la fonction 2 et détermine la première valeur modélisée de la température Tmod. Cette valeur modélisée de la température est traitée dans la régulation du comportement de préchauffage de la bougie de préchauffage comme valeur réelle de la température (bloc 104). Au cours de la phase de chauffage, on calcule k fois la valeur de la résistance AR(tk) de manière répartie dans toute la phase de chauffage, par exemple toutes les 100 ms ; pour cela, dans le bloc 103 on multiplie toujours la valeur de la résistance calculée en dernier lieu par la fonction exponentielle. On obtient ainsi : AR(tk) = exp (-dtk/ T) * AR(tk-i) (4) 9

10 ou en convertissant la valeur de la résistance en une température, on obtient la formule suivante :

AT(tk) = exp (-dtk/ T) * AT(tk_l) Chaque valeur de la résistance AR(tk) ou valeur de la température AT(tk) est ensuite utilisée dans le bloc 104 pour calculer la température Tmod pour le segment de temps précédent tk et être exploitée comme valeur réelle de la température dans la régulation au cours de la phase de chauffage. Le modèle décrit forme le profil non stationnaire de la température à la fois pour l'air au repos et pour le démarrage du moteur Diesel ou encore au ralenti et peut ainsi servir avantageusement à la régulation de la température de préchauffage de la bougie de préchauffage 2 au cours de la phase de chauffage.20

Claims

REVENDICATIONS1 °) Procédé de régulation ou de commande de la température d'une bougie de préchauffage au cours de la phase de chauffage de la bougie de préchauffage (2), selon lequel on détermine une valeur de la température en fonction de la résistance de la bougie de préchauffage (2), procédé caractérisé en ce qu' on calcule la valeur de la résistance (AR(tk)) pour déterminer la température (Tmod) au cours d'une évolution non stationnaire de la température dans la bougie de préchauffage (2) à l'aide d'un modèle physique. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la température (Tmod) en fonction d'une résistance mesurée (Rmes) et d'une valeur de résistance calculée (AR(tk)). 3°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on détermine la température (Tmod) dans plusieurs intervalles de temps (k) et la valeur de la résistance calculée (AR(tk)) varie selon l'écart de temps précédent (k-1) . 4°) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' on détermine la valeur de la résistance (AR(tk)) calculée selon une fonction exponentielle décroissante, les exposants étant formés à partir du temps de relaxation thermique (tk) et d'une constante de temps (T). 5°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' on détermine une seule fois la constante de temps (T) pour la bougie de préchauffage (2) utilisée chaque fois.35 13 6°) Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu' on initialise la première valeur de résistance (AR(to+l)) calculée avec une valeur de départ (AR(tt=o)). 7°) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on détermine la valeur de départ (AR(tT=o)) à partir d'une différence de la résistance (Rt=30) déterminée une seule fois en partant d'une distribution homogène de la température dans la bougie de préchauffage et de la résistance (Rpouss(t=o)), détectée à la fin d'une phase de préchauffage. 8°) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que pendant la brève phase de préchauffage, on applique à la bougie de préchauffage (2), froide, une tension de chauffage supérieure à la tension de fonctionnement de la bougie de préchauffage (2), de façon à développer le profil non stationnaire de la température dans la bougie de préchauffage (2). 9°) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' on forme la valeur de la résistance (AR(tk_l)) calculée pour un segment de temps précédent (k-1) et qui constitue le point de départ du calcul de la valeur de la résistance suivante (AR(tk)) pour le segment de temps suivant (k). 10°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on mesure la résistance (Rmes) de la bougie de préchauffage (2) pour former la valeur de la température (Tmod) à la fin de la phase de préchauffage.35 14 11 °) Procédé selon la revendication 2 ou 10, caractérisé en ce qu' on détermine la résistance mesurée (Rmes) à partir d'une tension et d'une intensité obtenue par la mesure de la tension appliquée à la bougie de préchauffage (2) et de l'intensité du courant traversant la bougie de préchauffage (2). 12°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' à la fin de la phase de chauffage de la bougie de préchauffage (2), au cours de laquelle s'est établi un profil stationnaire de la température dans la bougie de préchauffage (2), on détermine la régulation de température en fonction d'une valeur de résistance mesurée qui représente la température de la bougie de préchauffage (2). 20