FR2952409A1

FR2952409A1 - Procede et dispositif pour determiner la temperature d'une bougie de prechauffage d'un moteur thermique

Info

Publication number: FR2952409A1
Application number: FR1059270A
Authority: FR
Inventors: Bernd Rapp; Sascha Joos
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2011-05-13
Anticipated expiration: 2030-11-10
Also published as: US20110134960A1; DE102009047650B4; CN102062036B; CN102062036A; US8322920B2; JP2011106454A; JP5911193B2; FR2952409B1; DE102009047650A1

Abstract

Procédé et dispositif pour déterminer la température d'une bougie de préchauffage consistant à déterminer la différence de température (ΔT) suivant un paramètre de fonctionnement (q, n, mAir, P1, TAir) du moteur (4) et/ou de la bougie (2) entre la température du dispositif de chauffage de la bougie à l'intérieur de celle-ci et de la température en un point quelconque de la bougie de préchauffage (2). On obtient une différence de température précise en déterminant la différence de température (ΔTinstat) fonction du temps et la température (T) de la bougie (2) à partir d'une mesure représentant la valeur de température (T(R)) et d'une différence de température (ΔTinstat) fonction du temps.

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour déterminer la température d'une bougie de préchauffage dans un moteur thermique, consistant à déterminer une différence de tempé- rature selon au moins un paramètre de fonctionnement du moteur thermique, et/ ou d'un paramètre de fonctionnement de la bougie de préchauffage, entre la température d'un organe de chauffage de la bougie de préchauffage à l'intérieur de la bougie de préchauffage et la température en un point quelconque de la bougie de préchauffage.

Etat de la technique Les bougies de préchauffage (encore appelées bougies crayons) utilisées dans les moteurs thermiques pour allumer un mélange carburant-air comportent un dispositif de chauffage qui chauffe la bougie de préchauffage à une température suffisamment élevée pour allumer le mélange carburant-air. Toutefois, la distribution de la température à partir du dispositif de chauffage sur toute la bougie de pré-chauffage est très irrégulière (non homogène) si bien que l'on a des différences entre la température du dispositif de chauffage qui se trouve à l'intérieur de la bougie de préchauffage et la température à la surface de cette bougie. Comme la bougie de préchauffage est en saillie dans la chambre de combustion du moteur thermique, sa surface est toujours balayée par la veine d'air qui passe en mode de fonctionnement dynamique du moteur thermique sous la forme d'un mélange carburant-air sur la bougie de préchauffage ; celle-ci est ainsi refroidie si bien que sa surface n'est jamais à la température du dispositif de chauffage à l'intérieur de la bougie de préchauffage. Le document EP 1 719 909 B1 décrit un procédé de gestion d'une bougie de préchauffage installée dans la chambre de corn- bustion d'un moteur thermique. Le comportant au refroidissement de la bougie de préchauffage se calcule en fonction de la température de combustion et de la température de la bougie de préchauffage. La température de la bougie de préchauffage se calcule elle-même à partir de la puissance électrique reçue par la bougie alors que la température de combustion dans la chambre de combustion se détermine en fonction

2 de la température de l'air, de la température de l'eau de refroidissement, de la vitesse de rotation du moteur et de la charge. La température de la bougie de préchauffage, est régulée en fonction de la résistance d'un fil traversé par le courant à l'intérieur de la bougie de préchauffage et à partir de cette valeur, on détermine la valeur réelle de régulation de la température. La résistance est d'autant plus élevée que la température du fil est élevée. Du fait de la différence de température que l'on rencontre, la qualité de la régulation de la température de la bougie de préchauffage n'est pas suffisante car cette régulation s'appuie sur une température effective à la surface de la bougie de préchauffage. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un pro-cédé et un dispositif permettant de déterminer la température d'une 15 bougie de préchauffage dans un moteur thermique, en déterminant la différence de température entre la température de la bougie de pré-chauffage en un point à l'extérieur du dispositif de chauffage et la température du dispositif de chauffage de la bougie. Exposé et avantages de l'invention 20 A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on détermine la différence de température selon une fonction du temps, et on détermine la température de la bougie de préchauffage à partir d'une mesure représentant une valeur de température et de la différence de température fonction du temps. 25 L'avantage du procédé de l'invention est que l'on détermine la différence de température lorsque le moteur thermique est en mode dynamique c'est-à-dire dans des conditions de fonctionnement variables. Cela permet de tenir compte de ce que le mélange carburant-air passe à des vitesses différentes sur la bougie de préchauffage sui- 30 vant l'état de fonctionnement du moteur à des vitesses et des débits différents, influençant ainsi la température à la surface de la bougie de préchauffage. Cela permet de déterminer de manière exacte la température de la bougie de préchauffage dans son mode de fonctionnement non stationnaire. Cette application est possible sans utiliser de termo-

3 élément supplémentaire qui mesurerait la température en un point quelconque de la bougie de préchauffage. De façon avantageuse, on détermine la constante fonction du temps (ou encore la fonction de la constante selon le temps) en effec- tuant une seule détermination pour la bougie de préchauffage et en l'enregistrant en mémoire. Il suffit ainsi de seulement quelques valeurs pour déterminer la différence de température. La constante de temps donne l'inertie thermique de la bougie de préchauffage dans le cylindre correspondant du moteur thermique, cette constante de temps étant identique pour toutes les étapes de calcul. Selon une variante, on corrige la constante de temps en fonction de la vitesse de rotation ou de la charge du moteur thermique pour une conduite dynamique ou en fonction de la tension appliquée à la bougie de préchauffage ou de la puissance fournie à la bougie de pré- chauffage. En outre, la fonction du temps constitue une mesure de l'importance suivant laquelle la différence de température déterminée actuellement (à l'instant ou différence de temps instantanée) est influencée par une différence de température antérieure.

Selon un développement, l'influence de la différence de température déterminée actuellement se décrit selon une différence de température antérieure en utilisant une fonction exponentielle ou une série de puissances. La fonction exponentielle caractérise d'une manière particulièrement bonne l'importance suivant laquelle la différence de température actuelle est influencée par la différence de température antérieure. Selon un développement, on mesure les paramètres de fonctionnement du moteur thermique et/ou les propriétés de la bougie de préchauffage pour déterminer une différence de température sta- tionnaire pour un mode de fonctionnement stationnaire du moteur et à partir de ces éléments, on calcule la différence de température stationnaire. La prise en compte des paramètres de fonctionnement du moteur thermique ou des propriétés de la bougie de préchauffage permet une détermination extrêmement précise de la différence de température car ces éléments représentent l'état effectif du moteur thermique et de la

4 bougie de préchauffage entrant dans le calcul de la différence de température de la bougie de préchauffage. De manière avantageuse, on mesure la vitesse de rotation du moteur thermique et la quantité injectée pour un mode de fonction- nement stationnaire du moteur thermique, et à partir de ces grandeurs, on calcule une première différence de température stationnaire. Comme ces paramètres de fonctionnement sont également détectés pour servir à l'exploitation d'autres états du moteur thermique, il ne faut aucun composant supplémentaire pour obtenir ces données de mesure.

En variante, pour de l'air au repos dans le moteur thermique, on mesure la puissance absorbée par la bougie de préchauffage, puissance nécessaire pour atteindre une température prédéfinie pour calculer à partir de celle-ci, une seconde différence de température stationnaire. L'avantage de cette procédure est que l'appareil de commande du véhicule responsable de la surveillance de la température de pré-chauffage de la bougie peut déterminer cette seconde différence de température, automatiquement, sans nécessiter d'autres moyens. Les paramètres spécifiés de la bougie de préchauffage sont ainsi toujours respectés.

Suivant une autre caractéristique, on mesure la masse d'air et/ou la pression d'alimentation de la masse d'air et sa température dans le moteur thermique et à partir de ces valeurs, on calcule une troisième différence de température. Dans ce cas également, on détermine les paramètres de fonctionnement déjà nécessaires au calcul de la troisième différence de température déjà pour d'autres applications dans le moteur thermique si bien qu'il ne faut aucun capteur ou aucune technique de mesure particulière pour cette opération. Selon un développement, on applique la différence de température fonction du temps à une régulation de la température de la bougie de préchauffage pour laquelle on détermine une mesure représentant la valeur de température de la bougie de préchauffage selon la résistance d'un fil de la bougie de préchauffage traversé par le courant, et on ajoute la différence de température à la mesure représentant la valeur de température de la bougie de préchauffage pour obtenir une valeur réelle de régulation. En utilisant la fonction du temps pour dé- terminer la différence de température, la régulation tient compte du temps nécessaire au flux thermique du fil incandescent à l'intérieur de la bougie de préchauffage pour arriver sur le côté extérieur de la bougie. Ce décalage dans le temps est pris en compte par la régulation et amé- 5 liore la qualité de la régulation. Selon un autre développement, l'invention concerne un dispositif pour déterminer la température de la bougie de préchauffage d'un moteur thermique, du type défini ci-dessus, caractérisé par des moyens qui déterminent la différence de température fonction du temps et on détermine la température de la bougie de préchauffage à partir d'une mesure représentant la valeur de température et de la différence de température fonction du temps. Ce dispositif a l'avantage de déterminer la différence de température en mode dynamique du moteur thermique c'est-à-dire dans des conditions variables de fonctionnement du moteur et pour les propriétés variables de la bougie de préchauffage. On tient notamment compte du refroidissement permanent du mélange carburant-air balayant la surface de la bougie de préchauffage en passant sur la bougie dans la chambre de combustion. Selon un autre développement, la bougie de préchauffage qui vient en saillie dans la chambre de combustion du moteur thermique est reliée à un appareil de commande qui détermine la différence de température fonction du temps à partir des paramètres de fonctionnement du moteur thermique. Cela permet d'utiliser différents appareils de commande. Pour réguler la température de la bougie de préchauf- fage, un appareil de commande du temps de préchauffage coopère avec l'appareil de commande ou de gestion du moteur thermique et fournit à l'appareil de commande de la durée de préchauffage, les paramètres de fonctionnement mesurés pour déterminer la différence de température. L'appareil de commande de la durée de préchauffage tient compte de la différence de température ainsi obtenue pour la régulation de la température de la bougie de préchauffage en additionnant cette différence de température à une température obtenue en fonction de la résistance du fil incandescent traversé par le courant de la bougie de préchauffage, résistance qui dépend de la température. La différence de température ainsi obtenue entre le dispositif de chauffage et un point à la surface de

6 la bougie de préchauffage est exploitée pour commander ou réguler la température de la bougie de préchauffage. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation représenté 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 est un ordinogramme schématique de calcul de la différence de température entre la température du dispositif de chauffage et la température en un point quelconque de la bougie de préchauffage. Description de modes de réalisation de l'invention Les moteurs thermiques (ou moteurs à combustion in- 15 terne), froids, en particulier les moteurs diesel, nécessitent une aide au démarrage à des températures ambiantes < 40°C pour allumer le mélange carburant-air introduit dans le moteur. Comme aide au démarrage, on utilise des systèmes à incandescence composés d'une bougie de préchauffage (ou bougie crayon) dans l'appareil de commande de du- 20 rée de préchauffage et un programme de préchauffage, enregistré dans l'appareil de commande ou de gestion du moteur. 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 d'une part 25 reliée à l'appareil de commande de préchauffage 5 et d'autre part elle applique la tension du réseau embarqué 6 à la bougie de préchauffage 2 ; cette tension correspond par exemple à une tension nominale de 11 V. L'appareil de commande de la durée de préchauffage 5 est relié à l'appareil de commande 7 du moteur et celui-ci est relié au mo- 30 teur diesel 4. Pour allumer le mélange carburant-air, on préchauffe la bougie de préchauffage 2 en phase de poussée qui dure entre 1 et 2 secondes en appliquant une surtension. L'énergie électrique alimentant la bougie de préchauffage 2 est transformée en chaleur par une spire 35 chauffante non détaillée, de sorte que la température augmente forte-

7 ment à la pointe de la bougie de préchauffage 2. La puissance de chauffage de la spire chauffante est adaptée par l'appareil de commande électronique de la durée d'incandescence ou de préchauffage 5 aux conditions régnant dans le moteur diesel 4. Le mélange carburant-air passe sur la pointe chaude de la bougie de préchauffage 2 et se chauffe ainsi. En combinaison avec l'élévation de température de l'air aspiré au cours de la phase de compression du moteur diesel 4, on atteint la température d'inflammation du mélange carburant-air. A l'aide de la figure 2, on décrira ci-après comment se dé-termine la différence de température AT de la bougie de préchauffage 2 et qui se correspond à la différence entre la température de chauffage et la température à un point de la surface de la bougie de préchauffage 2. Dans le bloc 101 de la figure 2, on mesure les paramètres de fonctionnement du moteur diesel 4. Ces paramètres sont la vitesse de rotation 15 (n) du moteur 4, la quantité (q) injectée, la masse d'air (mAir) de la veine d'air alimentant la chambre de combustion 3, la pression d'alimentation (p) et la température (TAir) de l'air d'alimentation Ensuite, dans le bloc 102, on établit des modèles statiques pour simuler la différence de température (AT). L'expression sta- 20 tique dans ce contexte désigne les différences de température que l'on aurait si le moteur diesel 4 fonctionnait en mode stationnaire. On distingue trois modèles. Dans le premier modèle statique, on détermine la différence de température (AT) en fonction de la quantité de carburant (q), 25 injectée, et de la vitesse de rotation (n) du moteur diesel 4. Pour cela, on mesure un champ de caractéristiques en fonction de la quantité injectée (q), de la vitesse de rotation (n) et de la différence de température variable (AT) ; cette détermination se fait une seule fois à l'aide d'une bougie de mesure. A partir du champ de caractéristiques ainsi enregistré 30 dans l'appareil de commande 7 du moteur et en se fondant sur les paramètres mesurés dans le bloc 101, à savoir la vitesse de rotation (n) et la quantité injectée (q), on détermine la différence de température (AT). Le second modèle statique pour déterminer la différence de température (AT) se détermine en fonction de la puissance (P) reçue 5 8 par la bougie de préchauffage 2 pour atteindre une température souhaitée (TDes). On applique la relation suivante :

AT = a(TDes) * exp(-b(TDes) * (TDes/P)) (1) Le rapport TP de la température à la puissance est le sui- vant : TP = TDes/P (2)

10 Ce rapport est une mesure du rendement de la bougie de préchauffage 2 ou une mesure du refroidissement de la bougie de pré-chauffage 2. Plus la puissance P est fournie à la bougie de préchauffage 2 est élevée pour atteindre la température souhaitée TDes et plus fort sera le refroidissement de la bougie de préchauffage 2. 15 Le troisième modèle pour déterminer la différence de température (AT) repose sur la relation entre la différence de température et la masse d'air (mAir) ainsi que la température de l'air (TAir) ou la pression d'alimentation (p) de l'air et de la température de l'air (TA;r). On suppose que la pression d'alimentation (p) est d'autant plus élevée que 20 la quantité d'air fournie à la chambre de combustion est élevée. La différence de température (AT) se calcule comme suit :

AT = a*mAir + b + (c*TAir + d)

25 ou

AT = a*p + b + (c*TAir + d)

Les coefficients a, b, c, d sont fondés sur les mesures et 30 se déterminent une seule fois. A la fin de la détermination des modèles statiques, on établit dans le bloc 103 un modèle non stationnaire pour la différence de température AT : la relation est la suivante :

35 ATinstat = OTanc. * exp(-dt/T) + AT * (1-exp(-dt/ i)) (5) (3) (4) dans laquelle

AT différence de température de l'un des modèles statiques déterminé dans le bloc 102 OTanc. différence de température non stationnaire obtenue dans le cycle de mesure précédent, dt intervalle de temps du cycle de mesure, 'r constante de temps indiquant l'inertie thermique de la bougie de préchauffage 2 dans le cylindre du moteur diesel 4 équipé de cette bougie. La fonction exponentielle dans l'équation (5) indique l'intensité suivant laquelle la valeur déterminée actuellement de la diffé- rence de température ATInstat dépend de la valeur non stationnaire dé-terminée dans un cycle de mesure précédent pour la différence de température ATanc. Dans le bloc 104, on applique ensuite la différence de température non stationnaire ATinstat à la régulation de la température de la bougie de préchauffage 2, régulation exécutée par l'appareil de commande de la durée de préchauffage 3. Pour cela, on détermine la température actuelle (T) de la bougie de préchauffage en déterminant tout d'abord la résistance R du fil incandescent à l'aide d'une mesure d'intensité et de tension sur le fil incandescent de la bougie de pré- chauffage 2 ; à partir de cette température, on détermine la température T(R). En variante on peut déterminer la température en mesurant la puissance électrique ou la puissance et la résistance. A cette température T(R), on ajoute la différence de température ATInstat déterminée dans le bloc 103 ce qui donne la température effective (T) selon la for- mule suivante :

T = T(R) + ATInstat (6)

L'équation (6) tient compte du temps nécessaire au flux thermique émis par le fil incandescent à l'intérieur de la bougie de pré- 9 2952409 lo chauffage pour atteindre la surface de la bougie de préchauffage ce qui doit être pris en compte comme décalage de temps ou retard dans la régulation. La température (T) ainsi obtenue est comparée à la valeur de consigne de la température. En fonction de la différence qui en résulte, 5 on règle l'alimentation en courant de la bougie de préchauffage pour réguler celle-ci à la température souhaitée.

Claims

REVENDICATIONS1 °) Procédé pour déterminer la température d'une bougie de préchauffage dans un moteur thermique, consistant à déterminer une différence de température (AT) selon au moins un paramètre de fonctionnement (q, n, mAir, Pi, TAir) du moteur thermique (4), et/ou d'un paramètre de fonctionnement de la bougie de préchauffage (2), entre la température d'un organe de chauffage de la bougie de préchauffage à l'intérieur de la bougie de préchauffage (2) et la température en un point quelconque de la bougie de préchauffage (2), procédé caractérisé en ce qu' on détermine la différence de température (ATinstat) fonction du temps, et on détermine la température (T) de la bougie de préchauffage (2) à partir d'une mesure représentant une valeur de température (T(R)) et de la différence de température (ATinstat) fonction du temps. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la fonction d'une constante ('r) en fonction du temps, et on détermine cette fonction une seule fois pour la bougie de préchauffage (2) et on l'enregistre en mémoire. 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fonction du temps est une mesure de l'importance suivant laquelle la différence de température (ATinstat) déterminée actuellement dépend d'une différence de température précédente (Tanc.). 4°) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' on décrit l'influence d'une différence de température antérieure (Tanc.) sur la différence de température (ATinstat) déterminée actuellement par une fonction exponentielle ou une série de puissances. 5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' 13 on mesure les paramètres de fonctionnement (q, n, mAir, Pi, TAir) du moteur thermique (4) et/ou les propriétés (Tl') de la bougie de préchauffage (2) pour déterminer la différence de température stationnaire (AT) pour des conditions stationnaires du moteur thermique (4) et on les utilise pour calculer la différence de température stationnaire (AT) servant à déterminer la différence de température (ATinstat) fonction du temps. 6°) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on mesure la vitesse de rotation (n) du moteur thermique (4) et la quantité injectée (q) pour calculer une première différence de température stationnaire (AT). 7°) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on mesure la puissance (P) prise par la bougie de préchauffage (2), puissance nécessaire pour atteindre une température détermine (TDes) et on calcule à partir de là, une seconde différence de température stationnaire (AT). 8°) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on mesure la masse d'air (mAir) et/ou la pression d'alimentation (P) de la masse d'air (mAir) et la température (TAir) de la masse d'air (mAir) et on les utilise pour calculer une troisième différence de température stationnaire (AT). 9°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on applique la différence de température (ATinstat) en fonction du temps à une régulation de la température de la bougie de préchauffage (2), qui détermine une mesure représentant la valeur de température (T(R)) de la bougie de préchauffage (2) en fonction de la résistance (R) d'un fil de la bougie de préchauffage (2) traversé par le courant, 14 on ajoute la différence de température (ATinstat) à la mesure représentant la valeur de température (T(R)) de la bougie de préchauffage (2) pour obtenir la valeur réelle de régulation. 10°) Dispositif pour déterminer la température d'une bougie de pré-chauffage dans un moteur thermique en déterminant une différence de température (AT) en fonction d'au moins un paramètre de fonctionne-ment (q, n, mAir, Pi, TAir) du moteur thermique (4) entre la température du dispositif de chauffage de la bougie de préchauffage à l'intérieur de la bougie de préchauffage (2) et une température en un point quel-conque de la bougie de préchauffage (2), dispositif caractérisé par des moyens (5, 7) qui déterminent la différence de température (ATinstat) fonction du temps et on détermine la température (T) de la bougie de préchauffage (2) à partir d'une mesure représentant la valeur de tempé- rature (T(R)) et de la différence de température fonction du temps. 11 °) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la bougie de préchauffage (2) qui vient en saillie dans la chambre de combustion (3) du moteur thermique (4) est reliée à un appareil de commande (5, 7) qui détermine la différence de température (ATinstat) fonction du temps selon les paramètres de fonctionnement (q, n, mAir, Pi, TAir) du moteur thermique (4).25