FR2961264A1

FR2961264A1 - Procede de controle de la combustion d'un moteur thermique et procede de detection d'un dysfonctionnement dudit moteur

Info

Publication number: FR2961264A1
Application number: FR1054537A
Authority: FR
Inventors: Gabriel Cavallaro
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2011-12-16
Anticipated expiration: 2030-06-09
Also published as: FR2961264B1

Abstract

L'invention concerne un procédé de contrôle de la combustion d'un moteur thermique, qui comporte les étapes suivantes: - réalisation au banc d'essais de cartographies (34) concernant le réglage de la combustion dudit moteur, - détermination en temps réel des températures instantanées des composants du moteur (30), - détermination en temps réel de la température instantanée du fluide de refroidissement dans les conditions de banc d'essais (31) en fonction desdites températures instantanées desdits composants, - détermination des réglages de combustion instantanés (35) à partir desdits réglages au banc d'essais et de la température instantanée dudit fluide de refroidissement, et - application en temps réel desdits réglages instantanés audit moteur. L'invention concerne également un procédé de détection du dysfonctionnement d'un moteur thermique.

Description

Procédé de contrôle de la combustion d'un moteur thermique et procédé de détection d'un dysfonctionnement dudit moteur. [0001 La présente invention concerne un procédé de contrôle de la combustion d'un moteur thermique, ainsi qu'un procédé de détection d'un dysfonctionnement d'un moteur thermique. Plus particulièrement, l'invention concerne l'évaluation du comportement thermique du moteur de façon à optimiser son fonctionnement en particulier le pilotage de la combustion. [0002] Les moteurs thermiques sont refroidis par un fluide de refroidissement, généralement un liquide caloporteur, souvent désignés par le terme "eau", bien qu'en général il soit à base de glycol. Par la suite on utilisera donc indifféremment les termes "eau" et "fluide de refroidissement" pour désigner le fluide de refroidissement du moteur thermique. Ce fluide est maintenu à une température généralement comprise entre 90 et 110°C de façon à faire fonctionner le moteur dans une plage de température prédéterminée à laquelle correspond une mise au point pour un rendement optimum du moteur et à un minimum de rejets polluants. [0003] Le comportement thermique du moteur est généralement surveillé à l'aide de la mesure de la température de l'eau qui traverse les composants qui chauffent, tels que le carter ou la culasse. Une partie de la chaleur de ces composants est transférée à l'eau de façon à maintenir le moteur dans une plage de température souhaitée. Cependant la température des composants du moteur n'est connue qu'approximativement. En effet, la température de l'eau, qui est mesurée continuellement par un thermocouple, donne une image dégradée et approximative de la température moyenne de ces composants. Implanter des capteurs dans chacun de ces composants est une solution qui, en pratique, n'est pas réalisable. De plus, ces capteurs ne mesureraient que la température de points précis du moteur et ne donneraient pas la température de tous les composants qui pourraient être pertinents pour le contrôle du moteur [0004] D'autres mesures de température sont parfois réalisées dans le moteur, telles que la température de l'huile ou la température des gaz d'admission et/ou d'échappement, mais ces mesures ne sont pas toujours effectuées du fait du surcoût dû au prix des capteurs (environ 1 E/capteur) et aux contraintes d'implantation. [0005] Lors de la mise au point des contrôles moteur sur banc d'essais, on détermine, en fonction de différentes valeurs mesurées de température d'eau, la valeur des paramètres de combustion (par exemple, la quantité de carburant ou d'air injectée dans le cylindre) de façon à obtenir un fonctionnement optimal du moteur en fonction du régime et du couple. On obtient ainsi des cartographies de réglage de la combustion, permettant de déterminer, pour une température d'eau déterminée et pour un fonctionnement stabilisé du moteur, le réglage optimal de combustion en fonction du régime moteur et du couple. Cependant ces essais sont longs et il est pratiquement impossible de calibrer le moteur pour toutes les températures d'eau possibles et on ne peut pas reproduire au banc d'essais toutes les situations de vie possible du moteur (par exemple, température extérieure au véhicule très froide ou très chaude). En pratique on est donc obligé de réaliser un certain nombre de corrections (forcément limitées) par des essais avec le véhicule roulant pour diminuer la pollution et limiter certains désagréments de conduite du véhicule (par exemple, les bruits et les vibrations du moteur à froid). [0006] De plus, il faut tenir compte des techniques de thermo-management mises en oeuvre dans certains véhicules (par exemple la coupure de la circulation d'eau ou d'huile dans certaines parties du moteur lorsqu'il est froid). Il faut alors corriger les réglages du contrôle moteur pour tenir compte de ces situations. [0007] Les réglages du moteur au banc d'essais sont limités, d'une part, parce que les essais sont faits en régime stabilisé ce qui est rarement le cas 30 lorsque le véhicule roule (à l'exception parfois sur autoroute avec une vitesse stabilisée) et, d'autre part, les variations de fonctionnement du moteur sont souvent rapides (accélération, freinage, etc.) et la température de la chambre de combustion varie plus vite que la température de l'eau. Le contrôle de la combustion du moteur basé uniquement sur la mesure de la température de l'eau n'est donc pas satisfaisant. [000s] Certaines solutions ont déjà été proposées. [0009] Ainsi, le brevet EP0879950 concerne une méthode pour estimer la température dans un moteur à combustion interne. Ce dernier est partagé en différents noeuds et l'on estime les états thermiques de ces noeuds. En pratique, il est proposé de piloter l'admission de l'air au moyen d'un bilan thermique. Cependant, la méthode proposée ne donne pas satisfaction, notamment elle ne permet pas de remédier à une situation de vie du moteur qui n'a pas été prévue. [0010] Le brevet WO9611332 décrit un procédé de contrôle de la température d'un moteur basé sur la mesure de la pression maximale atteinte dans le cylindre et sur la mesure de la température de l'eau. A partir de ces mesures, la température des parois du cylindre est estimée et cette température estimée est utilisée pour contrôler le débit d'eau. Cependant cette méthode ne semble pas suffisante pour fournir une image adéquate du flux thermique, par exemple l'inertie thermique de la chambre de combustion n'est pas prise en compte. [0011] La présente invention propose un procédé de réglage de la combustion qui se base sur la température des composants du moteur et sur la température de l'eau, tout en utilisant les réglages obtenus au banc d'essais. L'invention propose également un procédé de détection d'un dysfonctionnement du moteur qui utilise la température de l'eau calculée à partir de la température des composants. [0012] De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de contrôle de la combustion, et par extension du pilotage de la boucle d'air, d'un moteur thermique selon lequel on détermine la température instantanée du fluide de refroidissement dudit moteur en fonction des conditions de fonctionnement et de sollicitation dudit moteur. Le procédé comporte les étapes suivantes: - réalisation au banc d'essais de cartographies concernant le réglage de la combustion du moteur, en régime stabilisé, en fonction de la température du fluide de refroidissement, du régime moteur (c'est-à-dire la vitesse de rotation) et de sa charge (c'est-à-dire le couple fourni), - détermination en temps réel des températures instantanées des composants du moteur sur véhicule qui influencent ladite température du fluide de refroidissement, en fonction desdites conditions de fonctionnement et de sollicitation, - détermination en temps réel de la température instantanée du fluide de refroidissement correspondant aux températures instantanées des composants (sur véhicule) lorsque les réglages de mises au point sur banc d'essais ont été réalisés, - détermination des réglages de combustion instantanés à partir des réglages au banc d'essais et de la température instantanée du fluide de refroidissement, et - application en temps réel desdits réglages instantanés audit moteur. [0013] Les températures instantanées des composants peuvent être mesurées à l'aide de capteurs, ou de préférence calculées en faisant un bilan thermique pour chacun desdits composants en tenant compte de l'inertie thermique du composant considéré et de ses échanges thermiques avec son environnement. Ledit bilan thermique peut mettre en oeuvre le phénomène physique suivant: Variation de l'inertie thermique du composant + flux thermique de convexion + flux thermique radiatif du composant + flux thermique par conduction + flux thermique interne au composant = 0 [0014] Lesdits composants sont ceux qui entourent les chambres de combustion du moteur: par exemple, les parois du carter et de la culasse qui sont dans la chambre de combustion du cylindre et le piston du cylindre. Les circuits des gaz d'admission et d'échappement (pour leur impact sur le fonctionnement de la boucle d'air), avec leurs soupapes, peuvent également faire partie des composants considérés. Ces composants "influencent" la température de l'eau en ce sens que la température de l'eau dépend de la température de ces composants. [0015] L'invention concerne également un procédé de détection d'un dysfonctionnement d'un moteur thermique refroidi par un fluide de refroidissement dont la température est mesurée. Le procédé comporte les étapes suivantes: - détermination des températures instantanées des composants du moteur qui agissent sur la température du fluide de refroidissement, en fonction des conditions de fonctionnement et de sollicitation dudit moteur, - détermination de la température instantanée du fluide de refroidissement en fonction des températures instantanées des composants, et - comparaison de la température instantanée du fluide de refroidissement avec la température mesurée. [0016] Selon le procédé de détection d'un dysfonctionnement, on détermine la différence entre la température instantanée du fluide de refroidissement et la température mesurée et, si la différence dépasse un seuil prédéterminé, des modes de protection peuvent être déclenchés tels qu'une alerte ou une modulation de la performance moteur afin de protéger le mécanisme d'une casse. [0017] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés et sur lesquels : - la figure 1 illustre le procédé de contrôle de la combustion du moteur, - la figure 2 illustre le bilan thermique, - la figure 3 est une autre illustration du procédé de contrôle de la 10 combustion du moteur, - la figure 4 illustre le procédé de détection d'un dysfonctionnement du moteur. [ools] Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. 15 [0019] Selon le procédé de contrôle de la combustion du moteur thermique, on détermine en temps réel les températures des composants du moteur dans des conditions de fonctionnement données et on détermine la température d'eau que l'on aurait pour la même sollicitation du moteur lors de la mise au point sur banc d'essais. Par sollicitation du moteur, on entend le 20 régime, la charge, le mode de combustion (par exemple: froid, grand froid, démarrage, mode de régénération du filtre à particules pour le véhicules qui en sont équipés, etc.). Les composants du moteur sont principalement les parties du moteur qui délimitent ou qui entourent la chambre de combustion, par exemple le carter, la culasse, le piston, les soupapes, l'admission et 25 l'échappement. L'invention permet de couvrir toutes les situations de vie du moteur en faisant le lien avec les conditions lors de la mise au point du contrôle moteur sur banc (où les situations de vie sont limitées), ce qui permet d'utiliser le réglage optimal. [0020] Sur la figure 1, le phénomène physique est représenté symboliquement par le cadre 10 qui montre un piston 11 dans un carter moteur 12, une culasse 13, un conduit d'admission 14 et un conduit d'échappement 15. La chambre de combustion 16 est entourée par le carter moteur, la culasse, les conduits d'échappement et d'admission débouchant dans ladite chambre. Les soupapes d'échappement et d'admission qui ferment/ouvrent les conduits respectivement d'échappement et d'admission ne sont pas représentés. Les paramètres du phénomène physique sont représentés dans le cadre 17: le mode de combustion, le régime, la charge et la température de la matière des composants qui entourent la chambre de combustion. [0021] Le cadre 18 concerne la procédure classique (bien connue des motoristes) de mise au point du moteur au banc d'essais, qui consiste à rechercher le réglage optimum de la combustion en fonction du mode de combustion, du régime, de la charge et de la température d'eau mesurée avec une sonde. Cette température d'eau n'est cependant qu'une image approximative de la température des composants. On obtient ainsi des cartographies 19. Les essais sont réalisés en régime stabilisé. [0022] Le cadre 20 concerne le fonctionnement du moteur sur un véhicule et concerne tout particulièrement l'invention. La première étape 21 consiste à déterminer en temps réel les températures des composants. Ces températures peuvent être mesurées à l'aide de capteurs placés sur les différents composants (mais ce n'est pas toujours possible et cela peut être très onéreux). La solution préférée pour la mise en oeuvre de l'invention est de faire un bilan thermique pour chaque composant dont on souhaite connaitre la température car ils jouent un rôle dans le phénomène physique de détermination de la température de l'eau. Pour effectuer le bilan thermique, on utilise une équation qui traduit le phénomène physique suivant: Variation d'inertie thermique du composant + flux thermique par convection + flux thermique par radiation + flux thermique par conduction + flux thermique 5 interne au composant = 0 Cette équation [équation (1)] est une équation différentielle du 1 er ordre, du type: - mCff d composant+ t cosnposan~ dt IsH co ' posan1mat/gazi fluide (Qgaz/fluide) (Tmat/gaz/fluide - Tcomposan) f4 - 4) + c7~ composant gaz gaz composant + mat/ + interne 0 10 lmat_composant mat_composant (~-, `` composais [0023] Dans laquelle: - m est la masse du composant - Cp est la capacité thermique du composant. Elle varie avec sa température, soit Cp = f(Tcomposant)

15 - Tcomposant est la température moyenne du composant que l'on souhaite estimer - dtest le pas de temps pour l'intégration - SHcomposant/mat/gaz/fluide est le produit entre la surface et le coefficient d'échange entre le composant et la matière, le fluide ou le gaz 20 considéré. Dans le cas d'un échange entre le composant et un gaz ou un fluide, ce coefficient d'échange varie avec leur débit. Soit SHcomposant/mat/gaz/fluide = f (Qgaz/fluide)- - T mat/gaz/fluide est la température moyenne de la matière, du gaz ou du fluide avec lequel le composant échange. Cette température est soit mesurée, soit calculée par ailleurs (sur le même principe de bilan thermique) - a est la constante de Stefan-Boltzmann - e est l'émissivité du composant - S composant/gaz est la surface du composant émettant une radiation dans un milieu ambiant - T gaz est la température moyenne du gaz soumis à la radiation du 10 composant - À est la conductivité entre le composant considéré et la matière - S mat composant est la surface d'échange par conduction entre le composant considéré et de la matière - L mat composant est la distance entre le centre du noeud du composant 15 considéré et de la matière avec laquelle elle échange par conduction. - T mat est la température moyenne au centre du noeud de la matière qui échange par conduction avec le composant considéré. - (P interne est le flux thermique généré à l'intérieur du composant (exemple : effet Joule généré par un courant traversant le composant, 20 une combustion interne, un frottement interne, etc.) [0024] Les flux thermiques dépendent des modes de fonctionnement du moteur (mode de combustion, environnement moteur, régime/charge, pilotage de la pompe à huile, respiration du moteur, etc..), ce qui permet à ce bilan de couvrir toutes les situations de vie du composant. [0025] Le phénomène physique est illustré sur la figure 2 qui montre les différents flux thermiques: - le flux par convection 25 qui concerne les matières 25a (c'est-à-dire tous les solides qui influencent la température du composant 5 considéré); - les flux par convection des liquides 25b et des gaz 25c qui dépendent du débit Q; - le flux par radiation 26 qui dépend de la température des gaz; - le flux par conduction 27 qui concerne les matières, et 10 - le flux interne 28 qui dépend de l'énergie interne (générée généralement par frottement). Le bilan thermique de ces différents flux est déterminé ainsi que la température du composant considéré (29). [0026] L'équation (1) permet de déterminer en temps réel les températures 15 instantanées des composants considérés (étape 21 de la figure 1 et 29 sur la figure 2). On détermine ensuite (étape 22 sur la figure 1) en temps réel la température instantanée de l'eau correspondant audites températures des composants lors de la mise au point sur banc d'essais (en stabilisé, l'équation précédente se réduit à la formulation suivante [2]) : 1`Jll ompo a",augaz/luide(Qgaz/fluide) '(Tmatlgaz/fluide- T omposaà + D 7 (T 4 _T 4)mat composan7 -7-, )+~ =0 composa~igaz gaz composant composant mat interne 1 mat composant 20 et on recherche (étape 23 sur la figure 1) dans les cartographies 19 le réglage moteur qui a été réalisé dans les conditions de mise au point correspondant à la même sollicitation (régime, charge) afin d'avoir le réglage optimal (24) pour toutes les situations de vie. [0027] Les définitions sont les mêmes que pour l'équation (1), mais la température du composant est connue. Cette équation permet de calculer la température instantanée de l'eau Tmat/gaz/fluide. [0028] Une fois la température d'eau calculée, on utilise le réglage lui correspondant déterminé au banc (cadre 18) et qui permet donc d'avoir la température du composant en fonctionnement réel égale à la température du composant lors de la mise au point au banc (et donc les mêmes conditions thermiques matières). [0029] La figure 3 illustre le procédé de contrôle de la combustion. Sur cette figure, on montre que l'on détermine [par calcul, en temps réel, à l'aide de l'équation (1)] la température instantanée des composants (30) et que l'on calcule en temps réel [à l'aide de l'équation (2)] la température instantanée d'eau (31) correspondant aux températures calculées des composants lors de la mise au point sur les bancs d'essais. Pour cela on tient compte des conditions de fonctionnement du moteur (32) telles que la température d'air, la vitesse, le mode de thermo-management, etc. et des sollicitations (33) c'est-à-dire du régime et de la charge du moteur. [0030] La température de l'eau ayant été calculée, on utilise les cartographies (34) pour déterminer, en fonction de la température d'eau calculée, du régime et de la charge, le réglage de combustion optimum (35) correspondant auxdites sollicitations et conditions de fonctionnement du moteur. [0031] Si la température d'eau calculée ne figure pas précisément dans les cartographies, on choisit alors, en extrapolant, le réglage intermédiaire correspondant aux réglages pour la température juste supérieure et la température juste inférieure à la température d'eau calculée. [0032] Ci-après sont donnés deux exemples de mise en oeuvre du procédé de contrôle de la combustion, le premier exemple concernant le calcul détaillé des températures instantanées des composants, le deuxième exemple concernant le calcul de la température instantanée de l'eau à partir desdites températures instantanées des composants. [0033] 1 er exemple: Pour le contrôle de la combustion, l'environnement pouvant l'impacter directement est le circuit des gaz d'admission ainsi que les faces du carter, de la culasse et du piston situées en regard de la flamme de combustion. Du point de vue thermique, on peut découper l'ensemble considéré en différents "noeuds" de matière. On peut, dans cet exemple, réduire le bilan thermique à quatre noeuds: ledit circuit des gaz d'admission et lesdites faces carter, culasse et piston. On pourrait éventuellement se limiter aux trois noeuds constitués par les faces flamme carter, culasse et piston mais on risquerait d'augmenter légèrement l'erreur sur la quantité d'air introduite dans la chambre de combustion. Les flux thermiques moteur sont issus de mesures réalisées au banc d'essais. Afin de limiter ce nombre de mesures, pour les combustions hors concepts particuliers (tel que des combustions pour chauffer l'habitacle hors zone pollution, etc.), on peut se limiter à une cartographie régime/couple de flux adimensionnée par la quantité de carburant (c'est-à-dire le flux thermique divisé par la quantité de carburant). C'est la variation de cette quantité qui permet de prédire le flux thermique réel dans toutes les conditions de vie hors concepts particuliers (pour ces derniers, s'ils se distinguent du point de vue du flux thermique, il suffit d'ajouter pour chaque concept sa cartographie propre de flux thermique). [0034] Pour lesdits quatre noeuds, les échanges peuvent se réduire sans dégradation significative de l'estimation thermique aux éléments suivants : 25 culasse, conduits d'admission, piston et carter. [0035] Culasse : L'inertie thermique de la culasse + le flux de convection avec l'huile moteur (échange thermique culasse-huile) + le flux de convection avec l'eau (échange thermique culasse-eau) + le flux thermique qui chauffe la culasse = 0, ce qui se traduit par l'équation (3) suivante: uT -M.l p.eulasse+S é~ ( -Tc)+S u ( -Te)+~ =0 dt huil huile huile culas ea eau' eau culas culasse [0036] Avec : M.Cp : inertie thermique de matière de la zone considérée. Le Cp varie en fonction de sa température (fonction linéaire de paramètre a & b) : M. Cp = f (a.T ulasse+b) 10 - ShuileHhuile est le coefficient d'échange entre la matière et l'huile. Ce coefficient dépend du débit d'huile dans le moteur et donc du régime et de son coefficient de régulation (pour une pompe à huile pilotée). Il est donné par une cartographie : Syu jleLl huile = f (Qhuile ) SeauHeau est le coefficient d'échange entre la matière et l'eau. Ce 15 coefficient dépend du débit d'eau dans le moteur et donc à la fois du mode de fonctionnement du système de thermo-management (si on en utilise un) et du régime. S'il est ajouté une pompe à eau pilotable, il faut ajouter une cartographie dépendant du régime et du coefficient de régulation : SeaaHeau = .f (Qeau ) 20 - culasse est le flux thermique reçu via la face flamme de la culasse. Il est donné soit par un module contrôlant la combustion (s'il existe), soit à partir de l'estimateur de flux du composant qui est une cartographie de flux thermique vers ce composant corrigée de la quantité de carburant injectée.5 L'équation (3) permet donc de calculer, en temps réel, la température instantanée de la culasse. [0037] Conduits d'admission : On peut écrire que: L'inertie des conduits d'admission + le flux thermique par convection entre l'huile et les conduits d'admission + le flux thermique par convection entre l'eau et lesdits conduits + le flux thermique par convexion avec l'environnement sous capot (principalement l'air) + le flux thermique par convection avec les gaz qui traversent les conduits d'admission = 0, ce qui se traduit par l'équation (4) suivante:

-M.0 M.C. u admission+ ~.J (~ e ` ( - ) + ~.JC u ` (T l- dt huil huilé huile admissio ea eaû eau admissio +SextHext((C'Teau+d.Tair)-Tadmissio,+Sconduifconduit(T2-Tadmissio) 0 [0038] Avec : - M.Cp : Inertie thermique de matière de la zone considérée. Le Cp varie en fonction de sa température (fonction linéaire de paramètres a et b) : M. Cp = / (a.T admission+b) - ShuiteHhuite est le coefficient d'échange entre la matière et l'huile. Ce coefficient dépend du débit d'huile dans le moteur et donc du régime et 20 de son coefficient de régulation (pour une pompe à huile pilotée). Il est donc donné par une cartographie : ShuiteHhuile = f (Qhuite ) - SeauHeau est le coefficient d'échange entre la matière et l'eau. Ce coefficient dépend du débit d'eau dans le moteur et donc à la fois du mode de fonctionnement du thermo-management et du régime. S'il est ajouté une pompe à eau pilotable, il faut ajouter une cartographie dépendant du régime et du coefficient de régulation. Ce coefficient d'échange est différent de l'exigence précédente : SeauHeau = f (Qeau ) - SextHext est le coefficient d'échange entre la matière et l'environnement moteur. Ce coefficient d'échange dépend de la thermique sous capot (calculée par une pondération entre la température d'eau et la température de l'air) et les vitesses de l'air (dépendant de la vitesse du véhicule et du fonctionnement du groupe moto ventilateur). Il contient aussi une représentation des échanges radiatifs : SpxtHpxt = f (Qair _sscapot) et Qair _ sscapot = f (Vitesse _ vhl, GMV) . - SconduitHconduit est le coefficient d'échange entre les gaz d'admission (à la température T2) et la matière. Ce coefficient d'échange est fonction du débit de gaz : SconduttHcondui =f(Q2) - L'équation (4) permet donc de calculer, en temps réel, la température instantanée des conduits d'admission. [0039] Piston : L'inertie thermique du piston + le flux thermique par convexion entre le piston et l'huile + le flux thermique par convexion entre le piston et l'eau + le flux thermique due à la combustion qui passe à travers le piston = 0, ce qui se traduit par l'équation (5) suivante: LVln.c - u piston+ ~r (T -T +S y eaci (T au _ istor~ +~ piston 0 P dt Jhuill u lhuile huile piston/ ea p p' [0040] Avec : - M.Cp : inertie thermique de matière de la zone considérée. Le Cp varie en fonction de sa température (fonction linéaire de paramètre a et b) : M. Cp = f / (a' piston +b) - ShnüeHhnüe est le coefficient d'échange entre la matière et l'huile. Ce coefficient dépend du débit d'huile dans le moteur et donc du régime et de son coefficient de régulation (pour une pompe à huile pilotée). Il est donc donné par une cartographie. Cette cartographie est différente des exigences précédentes : Sh jleHh jle = f (Qi,iie ) - SeauHeau est le coefficient d'échange entre la matière et l'eau (échange à travers la paroi de la chemise du carter). Ce coefficient dépend du débit d'eau dans le moteur et donc à la fois du mode de fonctionnement du thermo-management et du régime. S'il est ajouté une pompe à eau pilotable, il faut ajouter une cartographie dépendant du régime et du coefficient de régulation : SeauHeau = f (Qeau ) cl)piston est le flux thermique reçu via la face flamme de la tête du piston. Il est donné soit par un module contrôlant la combustion (s'il existe), soit à partir de l'estimateur de flux du composant qui est une cartographie de flux thermique vers ce composant corrigée de la quantité de carburant injectée.

L'équation (5) permet donc de calculer, en temps réel, la température instantanée du piston. [0041] Carter : L'inertie thermique du carter + le flux thermique par convexion entre l'eau et le carter + le flux thermique dû à la combustion = 0, ce qui se traduit par l'équation (6) suivante: d carter M C. + seau r pHeau-(Teau - carter) + CI) carter [0042] Avec : - M.Cp : inertie thermique de matière de la zone considérée : M. Cp = f (a.parter +b) - SeauHeau est le coefficient d'échange entre la matière et l'eau (échange à travers la paroi de la chemise du carter). Ce coefficient dépend du débit d'eau dans le moteur et donc à la fois du mode de fonctionnement thermo-management et du régime. S'il est ajouté une pompe à eau pilotable, il faut ajouter une cartographie dépendant du régime et du coefficient de régulation : SeauHeau = f (Qeau ) cl),mier est le flux thermique reçu via la face flamme de la chemise du carter. Il est donné soit par un module contrôlant la combustion (s'il existe), soit à partir de l'estimateur de flux composant qui est une cartographie de flux thermique vers ce composant corrigée de la quantité de carburant injectée. - L'équation (6) permet donc de calculer, en temps réel, la température instantanée du carter. [0043] Ces coefficients d'échanges peuvent être pondérés au moyen de lois analytiques ou empiriques d'encrassement des parois d'admission (air + gaz recyclés par un système de recirculation des gaz (EGR) et chargés en carbone et matières imbrulées) et des parois de combustion (matières imbrulées, etc.). Comme ces encrassements dépendent des points de fonctionnement moteur et de la température des parois, on aurait une correction du type : SH = f (paro.,Régime,Couple). Cette relation peut éventuellement être enrichie avec d'autres éléments. [0044] Les températures d'eau et d'huile sont connues, soit à partir de mesures par capteur, soit au moyen de bilan thermique complet (par exemple en utilisant la méthode décrite dans la demande de brevet 17 US2009119056, méthode permettant d'estimer la température d'huile). Si l'on souhaite se passer de tous les capteurs de température de fluide, on peut appliquer la même méthode (décrite dans la demande de brevet US2009119056) que pour l'huile à l'eau et réaliser en même temps l'estimation des températures de chaque paroi, de l'eau et de l'huile. [0045] Connaissant les températures instantanées des composants (culasse, conduits d'admission, piston et carter) calculées à l'aide des équations respectivement (3), (4), (5) et (6), on peut alors calculer la température instantanée de l'eau à l'aide de l'équation (2). [0046] 2'eme exemple: Dans cet exemple, on calcule la température instantanée de l'eau. Avec les mêmes équations que précédemment, étant donné que maintenant on travaille en stabilisé au banc moteur, on retire de ces équations les inerties thermiques et les dépendances des coefficients d'échanges à la vitesse véhicule et du groupe moto-ventilateur afin de les remplacer par le débit d'air ambiant au banc moteur. On n'a plus alors qu'une équation directe pour calculer les températures d'eau équivalente au banc. Par exemple, pour le carter, on a l'équation suivante : Seau H ( T BSEouvert - T carter + = o eau eau ' eau carrer carter carter [0047] Avec : "BSE ouvert": lorsque l'on utilise un système de thermo-management, on peut par exemple fermer la circulation d'eau au boitier de sortie d'eau (BSE) afin que le moteur chauffe plus rapidement au démarrage.

25 Cependant, au banc d'essais on ne peut pas supprimer la circulation20 d'eau sinon le moteur chaufferait trop. Le terme "BSE ouvert" signifie donc que le boitier de sortie d'eau est ouvert. - T carter est la température estimée du carter, - Se.Heau est le coefficient d'échange entre la matière et l'eau (échange à travers la paroi de la chemise du carter). Ce coefficient dépend du débit d'eau dans le moteur (avec le boitier de sortie d'eau ouvert) et donc du régime. S'il est ajouté une pompe à eau pilotable, il faut ajouter une cartographie dépendant du régime et du coefficient de régulation : t SeauHeau = f(Q eauBSEouver) - cl),arter est le flux thermique reçu via la face flamme de la chemise du carter. T BSEouvert est la température d'eau équivalente que l'on souhaite eau carter calculer [0048] La présente invention concerne également un procédé de détection d'un dysfonctionnement d'un moteur thermique. Selon ce procédé on mesure la température de l'eau à l'aide d'une sonde (un thermocouple) et on calcule les températures instantanées des composants selon l'équation générale (1) puis la température instantanée de l'eau à l'aide de l'équation (2) précédente. La figure 4 illustre ce procédé. [0049] Sur cette figure, la température de l'eau est mesurée à l'aide d'une sonde 40 et la température de l'eau est estimée (41) via la température de la matière des composants. La différence entre ces deux températures d'eau est effectuée et comparée (42) à une valeur de seuil prédéterminé. Si la différence est supérieure audit seuil, une alerte de dysfonctionnement est déclenchée (par exemple, un message peut s'afficher au tableau de bord du véhicule ou un voyant peut s'allumer). [0050] Si la température d'eau calculée par la méthode précédente prend un écart trop important (au dessus dudit seuil qui est prédéterminé en tenant compte de l'effet dynamique qu'amortit naturellement l'inertie thermique de l'eau et que l'on retrouve à la mesure par la sonde) comparée à celle mesurée par la sonde, cela signifie qu'il y a un dysfonctionnement (fuite d'eau, casse de la pompe à eau, flux thermiques incohérents, etc.) pouvant conduire à l'utilisation d'un réglage de combustion non optimal avec les conséquences sur les prestations (performances, pollution, rendement, etc.). Plus généralement, pour tout écart de comportement moteur dont le pilotage dépend de la température d'eau, le procédé de l'invention peut être utilisé pour détecter que l'on est dans un fonctionnement dysfonctionnel car on aura un écart entre la température d'eau réelle et celle que le comportement moteur (quantité de carburant injectée, etc.) semble utiliser. [0051] La présente invention peut être utilisée pour tous les types de contrôle moteur, échappement, etc. qui nécessitent de connaitre les conditions thermiques des architectures quelles que soient les situations de vie. Elle permet aussi de pouvoir faire le lien avec les réglages réalisés dans des conditions limitées (pour un moteur en développement par exemple). La présente invention présente de nombreux avantages parmi lesquels on 20 peut citer: - se passer de capteurs de température pour les composants dont la thermique est mal reproduite par la température d'eau. Ce qui est particulièrement le cas pour l'échappement. - estimer la température composant dans le même temps que sa 25 dynamique et de ce fait piloter en dynamique les réglages sans que ceux-ci ne soient perturbés par l'inertie de la température d'eau (en particulier lors des phases de démarrage); - pouvoir intégrer dans les méthodes de mise au point existantes des innovations de type thermo-management (telles que la gestion hydraulique externe du moteur, le "split cooling" qui consiste à couper le refroidissement en plusieurs parties par exemple refroidir la culasse mais pas le carter, etc.) sans que les impacts sur la mise au point et les lois de contrôle moteur ne deviennent trop importants; - pouvoir modifier des réglages ou l'architecture du moteur sans devoir refaire en grande partie les mises au point. [0052] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle de la combustion d'un moteur thermique selon lequel on détermine la température instantanée du fluide de refroidissement dudit moteur en fonction des conditions de fonctionnement et de sollicitation dudit moteur, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - réalisation au banc d'essais de cartographies (34) concernant le réglage de la combustion dudit moteur, en régime stabilisé, en fonction de la température du fluide de refroidissement, du régime moteur et de sa charge, - détermination en temps réel des températures instantanées des composants du moteur (30) qui influencent ladite température du fluide de refroidissement, en fonction desdites conditions de fonctionnement (32) et de sollicitation (33), - détermination en temps réel de la température instantanée dudit fluide de refroidissement dans les conditions de bancs d'essais (31) en fonction desdites températures instantanées desdits composants, - détermination des réglages de combustion instantanés (35) à partir desdits réglages au banc d'essais et de la température instantanée dudit fluide de refroidissement précédente, et - application en temps réel desdits réglages instantanés audit moteur.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdites températures instantanées desdits composants sont mesurées à l'aide de capteurs.
3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdites températures instantanées desdits composants sont calculées en faisant un bilan thermique (29) pour chacun desdits composants en tenant compte de l'inertie thermique du composant considéré et de ses échanges thermiques avec son environnement
4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit bilan thermique met en oeuvre le phénomène physique suivant: Variation de l'inertie thermique du composant + flux thermique de convection + flux thermique radiatif du composant + flux thermique par conduction + flux interne au composant = 0
5. Procédé selon l'une des revendications 3 et 4 caractérisé en ce que ledit bilan thermique se traduit par une équation du type: -mC Tomposanf dTomposant+1SHomposantmatlgazJluide (Qgaz/fluid\Tmat/gaz/fluide-Tcomposanf dt (T +10-bS 4 4 composantgaz gaz -1 composant +mat_composant(T T )+cD. = o `` composant mat tnterne Lmat_composant dans laquelle: - m est la masse du composant - Cp est la capacité thermique du composant. - Tcomposant est la température moyenne du composant que l'on souhaite estimer - dtest le pas de temps pour l'intégration - SHcomposant/mat/gaz/fluide est le produit entre la surface et le coefficient d'échange entre le composant et la matière, le fluide ou le gaz considéré. - T mat/gaz/fluide est la température moyenne de la matière, du gaz ou du 20 fluide avec lequel le composant échange. - o est la constante de Stefan-Boltzmann - e est l'émissivité du composant - S composant/gaz est la surface du composant émettant une radiation dans un milieu ambiant 25 - T gaz est la température moyenne du gaz soumis à la radiation du composant - 2 est la conductivité entre le composant considéré et la matière - S mat composant est la surface d'échange par conduction entre le composant considéré et de la matière- L mat composant est la distance entre le centre du noeud du composant considéré et de la matière avec laquelle elle échange par conduction. - T mat est la température moyenne au centre du noeud de la matière qui échange par conduction avec le composant considéré. - interne est le flux thermique généré à l'intérieur du composant.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdits composants sont ceux qui entourent les chambres de combustion du moteur.
7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que, pour un cylindre considéré, lesdits composants comportent au moins les composants suivants: les parois du carter (12) et de la culasse (13) qui sont dans la chambre de combustion (16) dudit cylindre et le piston (11) dudit cylindre.
8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que lesdits composants comportent également le circuit des gaz d'admission (14) et d'échappement (15).
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite température instantanée dudit fluide de refroidissement dans les conditions de banc d'essais (stabilisé) est calculée à l'aide d'une équation du type: ES11omposarimaigaz/ jluide Q azi fluide) \ mat/gaz' fluide -composai +Eo-â (T _~, 41+~mat composanf7 -T )+~. =0 composa/40z gaz composant) )+ l mat composant mat Interne mat composant dans laquelle: - Tcomposant est la température moyenne du composant connue - dtest le pas de temps pour l'intégration - S H composant/mat/gaz/fluide est le produit entre la surface et le coefficient 30 d'échange entre le composant et la matière, le fluide ou le gaz considéré.- T mat/gaz/fluide est la température moyenne de la matière, du gaz ou du fluide avec lequel le composant échange. - o est la constante de Stefan-Boltzmann - e est l'émissivité du composant - S composant/gaz est la surface du composant émettant une radiation dans un milieu ambiant - T gaz est la température moyenne du gaz soumis à la radiation du composant - 2 est la conductivité entre le composant considéré et la matière - S mat composant est la surface d'échange par conduction entre le composant considéré et de la matière - L mat composant est la distance entre le centre du noeud du composant considéré et de la matière avec laquelle elle échange par conduction. - T mat est la température moyenne au centre du noeud de la matière qui 15 échange par conduction avec le composant considéré. - (Pinteme est le flux thermique généré à l'intérieur du composant.
10. Procédé de détection d'un dysfonctionnement d'un moteur thermique refroidi par un fluide de refroidissement dont la température est 20 mesurée (40), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - détermination des températures instantanées des composants du moteur qui influencent la température du fluide de refroidissement, en fonction des conditions de fonctionnement et de sollicitation dudit moteur, 25 - détermination de la température instantanée dudit fluide de refroidissement (41) en fonction desdites températures instantanées desdits composants, et - comparaison de ladite température instantanée du fluide de refroidissement avec ladite température mesurée (42).
11. Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que l'on détermine la différence (42) entre ladite température instantanée du fluide de refroidissement (41) et ladite température mesurée (40) et, si ladite différence dépasse un seuil prédéterminé (42), une alerte est actionnée (43).