FR3053735A1 - Procede de diagnostic du fonctionnement d'un systeme de variation de taux de compression d'un moteur a combustion interne. - Google Patents

Procede de diagnostic du fonctionnement d'un systeme de variation de taux de compression d'un moteur a combustion interne. Download PDF

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Abstract

L'invention porte sur un procédé de diagnostic du fonctionnement d'un système de variation de taux de compression d'un moteur à combustion interne, ledit procédé est executé par un système de contrôle du moteur selon les étapes suivantes: a) indication au moteur d'une consigne de couple CgC et d'une consigne de taux de compression TxC correspondante ; b) acquisition de signaux provenant d'un capteur de position d'un vilebrequin ; c) calcul par l'estimateur de couple d'un taux de compression estimé TxE; d) calcul d'une différence entre le taux de compression estimé TxE et la consigne de taux de compression TxC ; e) diagnostic d'une défaillance du système variation de taux de compression si en valeur absolue la différence entre le taux estimé TxE et la consigne de taux TxC est supérieure à un seuil S prédéterminé. L'invention porte également sur le système de contrôle du moteur et sur un véhicule le comportant.

Description

© N° de publication : 3 053 735 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national : 16 56439 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
COURBEVOIE © Int Cl8 : F 02 B 77/08 (2017.01), F 02 D 15/00
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
©) Date de dépôt : 05.07.16. (© Priorité : © Demandeur(s) : RENAULT S.A.S. — FR.
@ Inventeur(s) : PAILLARD JEROME.
©) Date de mise à la disposition du public de la demande : 12.01.18 Bulletin 18/02.
©) Liste des documents cités dans le rapport de recherche préliminaire : Se reporter à la fin du présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux apparentés : ® Titulaire(s) : RENAULT S.A.S..
©) Demande(s) d’extension : © Mandataire(s) : RENAULT SAS.
PROCEDE DE DIAGNOSTIC DU FONCTIONNEMENT D'UN SYSTEME DE VARIATION DE TAUX DE COMPRESSION D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE.
FR 3 053 735 - A1
L'invention porte sur un procédé de diagnostic du fonctionnement d'un système de variation de taux de compression d'un moteur à combustion interne, ledit procédé est exécuté par un système de contrôle du moteur selon les étapes suivantes:
a) indication au moteur d'une consigne de couple CgC et d'une consigne de taux de compression TxC correspondante;
b) acquisition de signaux provenant d'un capteur de position d'un vilebrequin;
c) calcul par l'estimateur de couple d'un taux de compression estimé TxE;
d) calcul d'une différence entre le taux de compression estimé TxE et la consigne de taux de compression TxC;
e) diagnostic d'une défaillance du système variation de taux de compression si en valeur absolue la différence entre le taux estimé TxE et la consigne de taux TxC est supérieure à un seuil S prédéterminé.
L'invention porte également sur le système de contrôle du moteur et sur un véhicule le comportant.
Figure FR3053735A1_D0001
Figure FR3053735A1_D0002
Procédé de diagnostic du fonctionnement d'un système de variation de taux de compression d'un moteur à combustion interne
La présente invention concerne le domaine des véhicules comprenant un moteur à taux de compression variable. Plus particulièrement, l'invention porte sur un procédé de dignostic du fonctionnement d'un système de taux de compression variable d'un tel moteur.
La réglementation impose de plus en plus au constructeurs d'automobiles de réduire le taux d'émission de dioxyde de carbone CO2 par les groupes moto-propulseurs.
L'une des pistes pour atteindre cet objectif est d'augmenter l'efficacité et le rendement énergétique des moteurs à combustion interne, en particulier, en adaptant les caractéristiques thermodynamiques du moteur à un point de fonctionnement donné.
Cette adaptation passe notamment par la maîtrise du taux de compression du moteur, qui est classiquement un paramètre figé à la fabrication du moteur.
Dans le cas d'un moteur à combustion interne classique comprenant des cylindres dans lesquels coulissent des pistons, le volume total d'un cylindre comprend un volume balayé par le piston et un volume dit mort non balayé par le piston. Le taux de compression d'un tel moteur est défini comme étant le rapport entre le volume total du cylindre, et le volume mort .
Si en règle générale il est admis que
compression est élevé, meilleur est le
combustion, il est cependant nécessaire
fonction de la charge du moteur. En effet,
compression est nécessaire en cas de faible
afin de garantir une bonne stabilité de plus le taux de rendement de la de 1'adapter en un fort taux de charge du moteur la combustion.
Cependant, un fort taux de compression peut être néfaste au moteur en cas de forte charge de celui-ci, et ce, à cause d'un phénomène de combustion spontanée des gaz non encore brûlés en aval du front de flamme. Cette combustion anormale, appelée cliquetis, est favorisée par des conditions de pression et de température élevées qui sont naturellement obtenues en cas de forte charge du moteur, combinée à un fort taux de compression.
La suppression du phénomène cliquetis est généralement réalisée par une diminution de l'avance à l'allumage. Cependant, ceci génère une diminution globale du rendement de combustion, notamment en cas de forte charge du moteur avec un fort taux de compression.
Pour résoudre ce problème, les moteurs du type VCR (Variable Compression Ratio) comprennent un système de variation du taux de compression du moteur, qui permet d'appliquer le taux de compression adapté pour chaque phase de fonctionnement du moteur.
Un exemple d'un tel moteur VCR est décrit dans le document FR 2902146 Al.
Pour s'assurer du bon fonctionnement d'un tel système de compression variable, il est nécessaire de prévoir des moyens de diagnostic afin de prévenir une éventuelle défaillance.
Le document US4834031 propose une méthode qui consiste à mesurer le taux de compression en utilisant un capteur de pression de cylindre et d'introduire un mode de sauvegarde si le capteur est défaillant. Cette solution utilisant des capteurs de pression de cylindre présente un inconvénient principal lié à la difficulté d'implantation du ou des capteurs. De plus, dans le cas d'un moteur ayant plus de deux cylindres, une architecture avec un seul capteur de pression perd sa robustesse avec le viellissement du moteur, à cause de la disparité du taux de compression entre chaque cylindre.
Cette solution présente, en outre, un autre inconvénient lié au surcoût à la fabrication engendré par l'ajout de capteurs.
L'objectif de l'invention est donc de proposer un nouveau moyen de diagnostic du fonctionnement du système de variation du taux de compression qui soit efficace, simple de mise en œuvre et sans surcoût à la fabrication du moteur.
A cette fin, l'invention concerne un procédé de diagnostic du fonctionnement d'un système de variation de taux de compression d'un moteur à combustion interne, ledit procédé, exécuté par un système de contrôle du moteur, comporte les étapes suivantes:
a) indication au moteur d'une consigne de couple CgC et d'une consigne de taux de compression TxC correspondante ;
b) acquisition de signaux provenant d'un capteur de position d'un vilebrequin ;
c) calcul par un estimateur de couple dudit système de control d'une vitesse angulaire moyenne du moteur et d'une projection Ecost/) sur une ligne de référence de phase, de repères afférents aux combustions dans différents cylindres du moteur ;
d) calcul par l'estimateur de couple d'un taux de compression estimé TxE suivant l'expression
TxE=CgC-bx£ï„ (4:
α.χΩ. xEcosd) m r dans laquelle ai et b sont des constantes déterminées expérimentalement ;
e) calcul d'une différence entre le taux de compression estimé TxE et la consigne de taux de compression TxC ;
f) diagnostic d'une défaillance du système variation de valeur absolue, la taux de compression si en différence entre ledit taux estimé TxE et ladite consigne TxC est supérieure à un seuil S prédéterminé.
Le procédé de diagnostic du fonctionnement du système de variation du taux de compression selon l'invention est simple de mise en œuvre et sans surcoût à la fabrication du moteur. En effet, celui-ci repose sur l'utilisation d'un estimateur logiciel de couple du système de contrôle du moteur dont les données d'entrée sont principalement composées de signaux provenant d'un capteur de position du vilebrequin.
En outre, comme il ne nécessite aucun capteur supplémentaire à la définition technique du moteur, il n'y a pas de surcoût à la fabrication du moteur.
Le principe utilisé par l'estimateur de couple pour un moteur à combustion interne, par exemple à allumage commandé, est expliqué dans le document FR2681425 Bl.
Selon ce document, le couple de combustion, dans un moteur à combustion interne, peut être estimé par la relation suivante :
Cg =-ax£lmxE cos 0 + bx£l2m (1)
Où, Cg est le couple de combustion; Çlm est la vitesse angulaire moyenne du moteur et Ecos</> est la projection sur la ligne de référence de phase, des groupes de repères respectivement afférents aux combustions dans les différents cylindres du moteur;
Les constantes a et b sont prédéterminées expérimentalement et comprennent l'ensemble des caractéristiques du groupe motopropulseur et du véhicule dans lequel il est implanté, influençant la vitesse angulaire instantanée du moteur, tels que le taux de compression des cylindres ou les inerties des pièces en mouvement.
Le taux de compression ayant une influence de type proportionnelle sur le couple de combustion, alors c'est un paramètre entrant dans la constante a , qui deviendra :
a = Tx x a.\ ( 2 )
Ainsi, l'expression d'estimation du couple de combustion peut s'écrire:
Cg = -alxTxx£lmxEcos0 + bx£Ï1m (3)
La relation (3) ci-dessus montre qu'il est possible d'estimer le couple de combustion, à tout moment en connaissant le taux de compression.
A l'inverse, dans le cas d'un taux de compression variable dont la valeur devient inconnue, un couple de combustion connu permettra de déterminer le taux de compression par l'équation suivante :
Tx =
Cg-bxtf„
-α,χΩ. XEcosô m r (4(
Ainsi, en utilisant une consigne de couple pour laquelle le résultat du calcul doit correspondre à une consigne de taux de compression, il est possible de diagnostiquer le fonctionnement du système de variation du taux de compression, étant donné que si le taux de compression réel correspond à sa consigne, alors le couple réel correspond également à sa consigne.
Le critère de diagnostic du système de variation du taux de compression est alors un écart entre le taux de compression estimé TxE et la consigne de taux de compression TxC .
De cette manière, on peut donc réaliser de manière efficace un diagnostic du fonctionnement du système de variation du taux de compression en comparant l'écart obtenu en valeur absolue à un seuil au-delà duquel on considère que le système de variation du taux de compression est défaillant.
Ce procédé présente, par ailleurs, l'avantage de pouvoir être appliqué aux systèmes de variation de taux de compression dits « à variation continue » et aux systèmes dits « à deux positions ».
Un autre avantage réside dans le fait que réaliser un diagnostic sur le taux de compression est plus simple que sur le couple de combustion, qui nécessiterait d'jouter un paramètre de conversion différent d'un point de fonctionnement du moteur à un autre, entre le critère de couple de combustion et le seuil de diagnostic lié au critère de taux de compression.Le terme couple au sens de l'invention correspond au couple gaz moyen Cg tel que celui-ci est expliqué dans le document FR2681425 Bl.
Avantageusement, mais pas nécessairement, la valeur du seuil S est déterminée expérimentalement.
Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, si une défaillance est diagnostiquée, le procédé comporte alors une étape g) dans laquelle l'écart TxE-TxC est comparé à un modèle cartographique pour déterminer un écart réel E.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, le procédé peut comprendre en outre une étape h) de détermination d'une position réelle du système de variation du taux de compression, suivant la relation TxR=TxC+E.
Avantageusement, mais pas nécessairement, le modèle cartographique est déterminé expérimentalement par des tests sur banc moteur.
Selon encore une caractéristique optionnelle de l'invention, le procédé peut comprendre une étape i) dans laquelle la valeur de la position réelle TxR du taux de compression est utilisée pour ajuster les réglages du moteur.
Les étapes g) à i) permettent donc au système de contrôle du moteur d'adapter le réglage global du moteur pour limiter les effets de la défaillance du système de variation du taux de compression sur les performances globale du moteur (émission de pollution, consommation de carburant...) .
Par ailleurs, le procédé selon l'invention peut comprendre une étape préliminaire dans laquelle le système de contrôle vérifie si des conditions de diagnostic sont réunies.
L'invention porte également sur un système de contrôle d'un moteur à taux de compression variable, mettant en œuvre le procédé de diagnostic décrit ci-avant, ansi qu'un véhicule comprenant un tel système de contrôle.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre en référence à la figure 1 annexée, qui représente un logigramme illustrant un exemple de réalisation du procédé de diagnostic selon l'invention.
Dans cet exemple de réalisation, le procédé selon l'invention est réalisé lorsque le moteur est en fonctionnement.
Le procédé comprend une étape préliminaire 1 dans laquelle le système de contrôle moteur vérifie que les conditions de réalisation d'un diagnostic du taux de compression sont réunies. En particulier, le système vérifie si la charge et l'avance à l'allumage du moteur sont stables. Le système vérifie aussi si le moteur fonctionne au régime de consigne. Tant que ces conditions ne sont pas satisfaites, le diagnostic ne peut commencer.
Par la suite, lorsque l'étape préliminaire 1 est satisfaite, le procédé comporte une étape d'acquisition 2. Dans cette étape, le système procède à l'acquisition de signaux venant d'un capteur de position angulaire vilebrequin (capteur PMH) pour mesurer la valeur EcosÇ.
À cette étape trois cas peuvent se présenter:
- la projection Y correspond au point fonctionnement avec le bon taux de compression, c'est-à-dire que le couple de combustion produit est conforme à la consigne.
du de
- la projection correspond à un point de fonctionnement avec un taux de compression trop élevé, dans ce cas le couple produit est plus élevé que la consigne ; ou
- la projection Lcos0 correspond à un point de fonctionnement avec un taux de compression trop faible, dans ce cas le couple produit est moins élevé que la consigne.
Suite à l'étape 2 d'acquisition, le procédé comporte une étape 3 de calcul, dans laquelle un taux de compression estimé TxE est calculé selon la relation TxE= CSC-^,
-ax xClm xEcos0
E cos ό dans laquelle la valeur ψ determinee a l'etape 2 est utlisée; CgC et Qmétant respectivement la consigne de couple de combustion et la vitesse angulaire moyenne du moteur. Les constantes ai et b sont déterminées expérimentalement.
Ensuite, le procédé comporte une étape 4 de comparaison, dans laqeelle on calcule un écart \TxE-TxC\ entre le taux de compression estimé TxE calculé à l'étape 3, et la consigne de taux de compression TxC fixée avant ou pendant l'etape 1.
L ' écart \TxE-TxC\ (en valeur absolue) est comparé à une valeur seuil S prédéterminée, au-delà de laquelle l'écart entre l'estimation et la consigne du taux de compression signifie la présence d'une défaillance sur le système de variation du taux de compression.
Le seuil S est, par exemple, déterminé par des essais au banc moteur et peut avantageusement alimenter un premier modèle cartographique.
Deux situations sont alors possibles:
- 1'écart \TxE-TxC\ est inférieur ou égal au seuil S, dans ce cas le système de variation du taux de compression est considéré fonctionnel ; ou
- 1'écart \TxE-TxC\ est supérieur au seuil S, dans ce cas le système de variation du taux de compression est considéré défaillant.
Dans le premier cas, le moteur continu de fonctionner avec les mêmes paramètres jusqu'au prochain diagnostic.
Dans le deuxième cas, une correction des paramètres du moteur est nécessaire. Le procédé selon le mode de réalisation de l'invention illustré en figure 1, comporte alors des étapes de correction suivantes:
- Une étape 5 de détermination d'un écart réel E en comparant l'écart TxE—TxC à un second modèle cartographique. Le second modèle cartographique est par exemple déterminé expérimentalement sur banc moteur.
- une étape 6 de détermination d'une position réelle TxR du système de variation du taux de compression, suivant l'expression: TxR — TxC + E ; et,
- une étape 7 d'adaptation du réglage global du moteur par le système de contrôle moteur pour limiter les effets de la défaillance du système de variation du taux de compression sur les performances globales du moteur telles que les émissions de pollution, consommation de carburant...etc.
Ce diagnostic est répété et les corrections sont apportées jusqu'à ce que le couple produit soit très proche du couple consigne et que l'écart \TxE-TxC\ soit inférieur ou égal au seuil S.
L'invention porte par ailleurs sur un système de contrôle du moteur à taux de compression variable, mettant en œuvre le procédé illustré par la figure 1 précédement décrit, ansi qu'un véhicule comprenant un tel système de contrôle.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de diagnostic du fonctionnement d'un système de variation de taux de compression d'un moteur à combustion interne, ledit procédé est exécuté par un système de contrôle du moteur selon les étapes suivantes:
    a) indication au moteur d'une consigne de couple CgC et d'une consigne de taux de compression TxC correspondante ;
    b) acquisition de signaux provenant d'un capteur de position d'un vilebrequin du moteur à combustion interne;
    c) calcul, par un estimateur de couple dudit système de contrôle, d'une vitesse angulaire moyenne du moteur Ω,„ et d'une projection Ecos(/) sur une ligne de référence de phase, de repères afférents aux combustions dans différents cylindres du moteur à combustion interne ;
    d) calcul par l'estimateur de couple d'un taux de compression estimé TxE suivant l'expression:
    TxE= cgc-b^
    -α,χΩ xEcosri
    1 m t dans laquelle ai et b sont des constantes déterminées expérimentalement ;
    e) calcul d'une différence entre le taux de compression estimé TxE et la consigne de taux de compression TxC ;
    f) diagnostic d'une défaillance du système variation de taux de compression si en valeur absolue ladite différence entre ledit aux de compression estimé TxE et ladite consigne de taux de compression TxC est supérieure à un seuil S prédéterminé.
  2. 2. Procédé de diagnostic selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur du seuil S est déterminée expérimentalement sur banc moteur.
  3. 3. Procédé de diagnostic selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que si une défaillance est diagnostiquée, le procédé comporte alors une étape g) dans laquelle ledit écart TxE-TxC est comparé à un modèle cartographique pour déterminer un écart réel E.
  4. 4. Procédé de diagnostic selon la revendications 3, caractérisé en ce que le modèle cartographique est déterminé expérimentalement par des tests sur banc moteur.
  5. 5. Procédé de diagnostic selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape h) de détermination d'une position réelle du système de variation du taux de compression, suivant la relation TxR=TxC+E.
  6. 6. Procédé de diagnostic selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape i) dans laquelle la valeur de la position réele TxR du taux de compression est utilisée par le système de contrôle du moteur pour ajuster les réglages du moteur.
  7. 7. Procédé de diagnostic selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape préliminaire dans laquelle le système de contrôle vérifie si des conditions de diagnostic sont réunies.
  8. 8. Système de contrôle d'un moteur à taux de compression variable, mettant en œuvre le procédé de diagnostic selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
  9. 9. Véhicule comprenant un système de contrôle selon la revendication 8.
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