FR2988839A1

FR2988839A1 - Methode pour controler le deroulement de la combustion d'un melange carbure d'un moteur a combustion interne teste sur un banc d'essais

Info

Publication number: FR2988839A1
Application number: FR1200912A
Authority: FR
Inventors: Louis Marie Malbec; Benoist Thirouard
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-10-04
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: FR2988839B1

Abstract

La présente invention concerne une méthode pour contrôler le déroulement de la combustion d'un mélange carburé d'un moteur testé sur un banc d'essais. Selon l'invention, la méthode consiste : a) à estimer une valeur finale cible de la fraction de masse brûlée (FMB cible) ; b) à établir des courbes de l'évolution de la fraction de masse brûlée (FMB) pour différentes valeurs de pertes aux parois (C2) ; c) à déterminer une valeur de la pente de l'angle de fin de combustion (pente_fin) pour chacune des courbes de fraction de masse brûlée (FMB) ; d) à établir une courbe de l'évolution de la pente de fin de combustion (pente_fin) en fonction des valeurs de pertes aux parois (C2) ; à estimer la valeur du coefficient de référence des pertes aux parois (C2_référence) ; à déterminer l'angle de fin de combustion du mélange carburé en fonction de la valeur de référence (C2_référence) ; à adapter l'angle de fin de combustion aux performances souhaitées du moteur testé.

Description

La présente invention se rapporte à une méthode pour contrôler le déroulement de la combustion d'un mélange carburé d'un moteur à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement une telle méthode utilisée lors d'une 5 analyse de combustion pour un moteur testé sur un banc d'essais moteurs, soit pour un moteur Diesel, soit pour un moteur Essence, à injection directe ou indirecte. Les contraintes liées à ces types de moteurs sont de plus en plus sévères, 10 comme les limitations des émissions de polluants, et il est important de connaitre les caractéristiques du déroulement de la combustion du mélange carburé pour pouvoir les adapter à ces contraintes. Comme cela est largement connu, une analyse de la combustion consiste 15 à déterminer l'évolution de la Fraction de Masse Brulée (FMB) à partir de l'analyse de la courbe de pression cylindre (Pcyl). Par Fraction de Masse Brûlée, on entend la masse de carburant qui subit une combustion rapportée à la masse totale de carburant injectée dans le cylindre. 20 Comme mieux visible sur la figure 1, l'évolution de la FMB peut être représentée par une courbe partant du début de la combustion du mélange carburé (valeur 0) jusqu'à une fin de cette combustion (valeur voisine de 1) et ce, entre un angle de début de combustion (°V_début) d'environ 360°V jusqu'à un angle de fin de combustion (°V_fin) d'environ 480°V avec une évolution 25 rapide entre environ 360°V et environ 400°V et avec une évolution lente à partir de ce dernier angle jusqu'à la fin de la combustion à environ 480°V (°V=angle de vilebrequin). La variation (dPcyl) de la pression dans le cylindre résulte d'un bilan 30 énergétique avec : dU _ dQ'',b th h dq',all p dV dt dt dt dt où dU est la variation d'énergie interne des gaz contenus dans le cylindre; dQcomb est le dégagement d'énergie résultant de la combustion du carburant; dQwall sont les transferts thermiques avec les parois de la chambre de combustion du moteur; Pcyl est donnée par la mesure expérimentale de la pression à l'intérieur de la chambre de combustion; dV est la variation de volume de la chambre de combustion; mi.hi sont les variations d'enthalpies liées aux entrées/sorties de matière. Le principe d'une analyse de combustion consiste à inverser cette relation pour obtenir: dQcomb _dU . h dQwall +F, dV- V dt dt dt cY1 dt Il est donc nécessaire d'évaluer les transferts thermiques dQwall. Il apparaît, au travers de l'équation ci-dessus, que, pour une pression cylindre (Pcyl) donnée, plus les transferts thermiques sont élevées, plus le 20 dégagement d'énergie calculé sera également élevé. Plusieurs modèles existent pour estimer ces transferts thermiques. Pour une telle estimation, il est utilisé un outil basé sur le modèle de 25 Woschni, qui nécessite de déterminer deux coefficients Cl et C2 avec : dQwall = h(Tparois,Tcyl,C/,C2,S) où Tparois est la température estimée des parois de la chambre de combustion ; 30 Tcyl est la température des gaz dans le cylindre ; Cl est le coefficient qui permet de calculer les pertes aux parois pendant la phase de compression ; C2 est le coefficient qui permet de calculer les pertes aux parois pendant la phase de combustion/détente et n'intervient que pendant cette phase de 5 combustion/détente ; S est la surface des parois sur lesquelles se produisent les échanges thermiques. Par cela, le réglage de la valeur de C2 permet de calibrer le dégagement 10 d'énergie de la combustion et donc l'évolution de la Fraction de Masse Brûlée. Dans le cas d'un signal de pression non bruité la détermination de l'angle de fin de combustion est à priori simple puisque le dégagement de chaleur s'annule. 15 Dans le cas d'un signal de pression bruité, en fin de combustion, le bruit devient du même ordre de grandeur que le dégagement d'énergie dû à la combustion (voir figure 2a et 2b). Il est donc très difficile de discerner la fin de combustion et donc de déterminer la valeur correcte de C2. 20 La présente invention se propose de remédier à l'inconvénient ci-dessus mentionné grâce à une méthode qui permet de contrôler le déroulement de la combustion d'une manière fiable et certaine. A cet effet, l'invention concerne une méthode pour contrôler le 25 déroulement de la combustion d'un mélange carburé d'un moteur à combustion interne testé sur un banc d'essais moteurs, caractérisée en ce qu'elle consiste : a) à estimer une valeur finale cible de la fraction de masse brûlée du mélange carburé en fonction de l'angle de vilebrequin pendant la phase de combustion/détente du moteur, 30 b) à établir des courbes de l'évolution de la fraction de masse brûlée pour différentes valeurs de pertes aux parois du cylindre du moteur, c) à déterminer une valeur de la pente de l'angle de fin de combustion pour chacune des courbes de fraction de masse brûlée, d) à établir une courbe de l'évolution de la pente de fin de combustion en fonction des valeurs de pertes aux parois de l'étape b). e) à estimer, à partir d'un changement brusque de la courbe obtenue à l'étape d), la valeur du coefficient de référence des pertes aux parois, f) à déterminer l'angle de fin de combustion du mélange carburé en fonction de la valeur de référence des pertes aux parois, g) à adapter l'angle de fin de combustion aux performances souhaitées du moteur testé. La méthode peut consister à établir la courbe de la fraction de masse brûlée cible à partir de l'analyse des gaz d'échappement du moteur.

La pente de fin combustion peut être, pour une courbe de fraction de masse brûlée qui dépasse la courbe de la fraction de masse brûlée cible, la pente de la courbe de la fraction de masse brûlée au moment où elle atteint la courbe de la fraction de masse brûlée cible.

La pente de fin combustion peut être, pour une courbe de fraction de masse brûlée située en dessous de la courbe de la fraction de masse brûlée cible, la pente finale de la courbe de la fraction de masse brûlée. La méthode peut consister à modifier l'angle de fin de combustion pour 25 faire varier vitesse de combustion du mélange carburé. Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexées : 30 - la figure 3a qui montre un graphique illustrant l'évolution de la pente de l'angle de fin de combustion en fonction du coefficient C2 et - la figure 3b qui illustre l'évolution de la Fraction de Masse Brûlée en fonction de l'angle de vilebrequin (en °V : degré vilebrequin). Pour pouvoir contrôler le déroulement de la combustion, la méthode 5 consiste à déterminer la valeur du coefficient C2 et par conséquent l'angle de fin de combustion, de la manière suivante. La valeur finale cible de la Fraction de Masse Brûlée (FMB cible) est estimée à partir de l'analyse des gaz d'échappement par la formule : HC CO 10 FMB cible =1- CS I 4.CSI avec: HC [g/KWh]: émissions d'HC mesurées à l'échappement CO [g/kWh]: émissions de CO mesurées à l'échappement CSI [g/kWh]: Consommation Spécifique Indiquée 15 Différentes valeurs du coefficient C2 sont ensuite testées et une courbe de l'évolution de la FMB est obtenue pour chaque valeur de C2. A partir des courbes de FMB obtenues, si la FMB analysée dépasse la FMB cible, il est estimé que la pente de l'angle de fin de combustion est la 20 pente de la courbe de la FMB au moment où elle atteint la FMB cible. Dans le cas contraire, la pente de l'angle de fin de combustion est la pente finale de la courbe de la FMB. A partir de cela, il peut être représenté une courbe de pentes d'angles de fin de combustion (pente fin) qui est fonction du coefficient C2, comme cela est 25 illustré sur la figure 3a. Comme mieux visible sur cette figure, la courbe de pentes de fin de combustion présente un brusque changement d'allure pour une valeur cible de coefficient appelé C2_cas. Par cela et en se référant en plus à la figure 3b, il peut être tiré comme 30 enseignement que : - pour les valeurs de C2 inférieures à C2_cas, soit la FMB n'atteint pas la FMB cible (courbe A), soit elle la dépasse mais à un angle de vilebrequin où son évolution résulte du bruit de l'acquisition de la pression cylindre (courbe B) ; - pour les valeurs C2 supérieures à C2_cas, la FMB atteint la FMB cible à un certain angle de vilebrequin, mais la combustion n'est pas terminée à cet angle (courbe C) ; - pour C2=C2_cas, la FMB atteint la FMB cible à la fin de la combustion. Dans ce cas la valeur C2 est considérée comme valeur de référence C2_référence pour la FMB cible.

La détermination du coefficient C2 référence permet donc de régler le niveau de transferts thermiques et de déterminer l'angle de fin de combustion. Cet angle est défini comme l'angle de vilebrequin auquel la courbe de FMB atteint la FMB cible.

Par ailleurs, il en découle aussi l'évaluation des valeurs correspondantes de CAXX, qui correspond à l'angle de vilebrequin pour lequel XX% de la masse de carburant est brûlé.

La méthode décrite permet ainsi d'obtenir l'angle de fin de combustion (°V fin), et par conséquent de déduire la vitesse de combustion du mélange carburé considérée entre le début de la combustion et la fin de cette combustion. La connaissance de ce paramètre de vitesse est très importante car elle 25 permet de régler la combustion du mélange carburé. En effet, la vitesse de combustion a une forte influence sur les performances du moteur au niveau de bruit, de la formation et des émissions des polluants, du rendement du moteur... La connaissance de l'angle de fin de combustion permet donc d'analyser 30 le comportement du moteur et d'effectuer les réglages en conséquence pour atteindre un objectif en termes de rendement et/ou de bruit et/ou de polluants.

A titre d'exemple, si on veut améliorer le rendement du moteur, il peut être nécessaire d'avoir une combustion rapide. Des réglages peuvent être effectués en ce sens. La connaissance de l'angle de fin de combustion permet alors de vérifier si, suite aux réglages, la combustion a réellement été plus rapide ou non.

Claims

REVENDICATIONS1) Méthode pour contrôler le déroulement de la combustion d'un mélange carburé d'un moteur à combustion interne testé sur un banc d'essais moteurs, caractérisée en ce qu'elle consiste : a) à estimer une valeur finale cible de la fraction de masse brûlée (FMB cible) du mélange carburé en fonction de l'angle de vilebrequin (°V) pendant la phase de combustion/détente du moteur, b) à établir des courbes de l'évolution de la fraction de masse brûlée 10 (FMB) pour différentes valeurs de pertes aux parois (C2) du cylindre du moteur, c) à déterminer une valeur de la pente de l'angle de fin de combustion (pente_fin) pour chacune des courbes de fraction de masse brûlée (FMB), d) à établir une courbe de l'évolution de la pente de fin de combustion (pente_fin) en fonction des valeurs de pertes aux parois (C2) de l'étape b). 15 e) à estimer, à partir d'un changement brusque de la courbe obtenue à l'étape d), la valeur du coefficient de référence des pertes aux parois (C 2 référence), f) à déterminer l'angle de fin de combustion du mélange carburé en fonction de la valeur de référence des pertes aux parois (C2_référence), 20 g) à adapter l'angle de fin de combustion aux performances souhaitées du moteur testé.
2) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle consiste à établir la courbe de la fraction de masse brûlée cible à partir de l'analyse des 25 gaz d'échappement du moteur.
3) Méthode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la pente de fin combustion (pente_fin) est, pour une courbe de fraction de masse brûlée (FMB) qui dépasse la courbe de la fraction de masse brûlée cible (FMB cible), 30 la pente de la courbe de la fraction de masse brûlée (FMB) au moment où elle atteint la courbe de la fraction de masse brûlée cible (FMB cible).
4) Méthode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la pente de fin combustion (pente Jin) est, pour une courbe de fraction de masse brûlée (FMB) située en dessous de la courbe de la fraction de masse brûlée cible (FMB cible), la pente finale de la courbe de la fraction de masse brûlée.
5) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle consiste à modifier l'angle de fin de combustion pour faire varier vitesse de combustion du mélange carburé.