FR3081933A1 - Procede de detection de rates de combustion d’un moteur thermique - Google Patents
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Abstract
L'invention porte sur un procédé de détection de ratés de combustion (Det rat comb) pendant un cycle de combustion dans au moins un cylindre d'un moteur thermique (M), une consigne de couple (Cons C) étant délivrée pour le fonctionnement du moteur et un couple instantané (Cinst) en vigueur étant calculé, caractérisé en ce qu'un facteur de comparaison entre la consigne de couple (Cons C) et le couple instantané (Cinst) en vigueur ou un paramètre (Acc vil) représentatif du couple instantané (Cinst) en vigueur est calculé en boucle fermée lors de chaque atteinte d'un point prédéterminé du cycle de combustion dans ledit au moins un cylindre, des ratés de combustion étant détectés (Det rat comb) en temps réel si le facteur de comparaison est au-dessus d'un seuil prédéterminé.
Description
PROCEDE DE DETECTION DE RATES DE COMBUSTION D’UN MOTEUR THERMIQUE [0001] La présente invention concerne un procédé de détection de ratés de combustion d’un moteur thermique, avantageusement de véhicule automobile. La présente invention s’inscrit dans le domaine technique du pilotage en couple d’un moteur thermique à allumage commandé, avantageusement à carburant essence, éthanol, gaz ou à un mélange de ces éléments.
[0002] La détection des ratés de combustion fait partie des diagnostics imposés par de nombreuses réglementations en vigueur. Le but de la présente invention est de protéger le moteur thermique et un ou des éléments de dépollution présents dans une ligne d’échappement du moteur thermique, notamment pour prévenir la destruction des catalyseurs des moteurs à allumage commandé, ce qui nécessite une protection la plus rapide et la plus fiable possible.
[0003] Il est connu de doter un moteur thermique d’une unité de contrôle moteur. L’unité de contrôle moteur présente des moyens de commande et de contrôle, entre autres, du dispositif d’injection et du couple moteur Cette unité de contrôle moteur assure notamment un bon fonctionnement du moteur en émettant des consignes de couple moteur. Ces consignes de couple moteur se répercutent sur une consigne en boucle d’air admis dans le moteur et sur une consigne d’avance à l’allumage.
[0004] Dans un moteur à allumage commandé, l'allumage est le mécanisme déclenchant l'amorce de la combustion du mélange carburant-air présent dans un ou des cylindres du moteur thermique. Un piston dans chaque cylindre suit un mouvement de va et vient entre un Point Mort Haut, pour lequel le piston atteint le point haut de sa course dans le cylindre et un Point Mort Bas, pour lequel le piston atteint le point bas de sa course.
[0005] Il est connu d’avancer l’allumage et cette avance à l'allumage est définie par un angle de rotation de vilebrequin qui sépare l'instant d'étincelle du Point Mort Haut, une correction en éloignement et en avance du Point Mort Haut représentant une avance à l’allumage.
[0006] Il est ainsi connu qu’une avance temporelle d’un point d’allumage d’un mélange d’air et de carburant injecté dans au moins un cylindre par rapport à un passage du piston par un Point Mort Haut de combustion soit mise en oeuvre généralement sur la plupart des moteurs thermique à allumage commandé lors de leur réglage.
[0007] L’unité de contrôle moteur estime une consigne de couple réalisable par le moteur. La consigne de couple est construite sur un critère de stabilité de combustion. Dans certains cas, le suivi de couple n’est pas respecté avec un couple instantané en vigueur très différent de la consigne de couple, ce qui peut entraîner des rebonds du moteur, des sauts de régime mais surtout des ratés de combustion.
[0008] A la figure 1, il est montré un schéma d’une mise en oeuvre d’un procédé de ratés de combustion selon l’état de la technique. Une unité de contrôle moteur CMM envoie des consignes de couple Cons C et d’admission d’air Cons A, d’injection de carburant et d’avance Cons Av à un moteur thermique M à allumage commandé. Il est mesuré ou estimé, avantageusement par un capteur de position de vilebrequin Cap pos vil une position angulaire de vilebrequin et il est procédé au calcul Cal ac ang fen detec de l’accélération angulaire Acc vil du vilebrequin pour une fenêtre de détection dans le module 2.
[0009] L’accélération Acc vil du vilebrequin est transmise à un comparateur pour savoir si cette accélération est supérieure ou égale à zéro.
[0010] En parallèle, il est déterminé des situations de vie dans lesquelles, une inhibition inhib du procédé de détection peut être mise en oeuvre. Sans que cela soit limitatif, surtout que de nouvelles situations de vie non enregistrées car non identifiées à risque aujourd’hui peuvent entrer en ligne de compte, les situations concernent des situations entraînant une variation de couple importante: un changement de rapport, un sur-régime, un sous-régime, une coupure d’injection, etc.
[0011] La détection de ratés de combustion Det rat comb s’effectue s’il n’y a pas de conditions d’inhibition Det rat comb inhib pour les situations de vie précédemment mentionnées et enregistrées et si l’accélération Acc vil du vilebrequin est inférieure à un seuil S prédéterminé, soit Det rat comb inhib=0 et Acc vil< S.
[0012] Ceci se fait donc en boucle ouverte il y a un risque de fausses détections pour des situations de vie à risque non encore identifiées dans le procédé.
[0013] Il s’ensuit que les procédés de détection des ratés de combustion existants aujourd'hui sont basés sur une détection en boucle ouverte s’appuyant, d’une part, sur une analyse de l'accélération du vilebrequin dans une fenêtre située après la combustion théorique et, d’autre part, sur une inhibition de la détection en cas de forte variation de la consigne de couple pour éviter les fausse détections.
[0014] Ceci représente un compromis de calibration très difficile à obtenir car les nouvelles réglementations imposent d'avoir une détection active le plus souvent possible. De plus, à chaque fois qu'une nouvelle situation de vie critique est identifiée, on doit modifier les logiciels existants pour la prendre en compte, ce qui a un impact de coût et occasionne un délai de développement. II subsiste encore le risque de nouveaux problèmes de détection à chaque évolution technologique.
[0015] Par conséquent, le problème à la base de l’invention est, pour un moteur thermique, de détecter de possibles ratés de combustion de manière fiable et le plus rapidement possible.
[0016] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un procédé de détection de ratés de combustion pendant un cycle de combustion dans au moins un cylindre d’un moteur thermique, une consigne de couple étant délivrée pour le fonctionnement du moteur et un couple instantané en vigueur étant calculé, caractérisé en ce qu’un facteur de comparaison entre la consigne de couple et le couple instantané en vigueur ou un paramètre représentatif du couple instantané en vigueur est calculé en boucle fermée lors de chaque atteinte d’un point prédéterminé du cycle de combustion dans ledit au moins un cylindre, des ratés de combustion étant détectés en temps réel si le facteur de comparaison est au-dessus d’un seuil prédéterminé.
[0017] L’effet technique obtenu est une amélioration des procédés de détection des ratés de combustion existants pour répondre aux problématiques récurrentes sur les moteurs à essence tout en étant facile d’implémentation et de calibrage.
[0018] La présente invention met en jeu une loi de commande implémentée dans un calculateur multifonctions d’une unité de contrôle moteur à essence. Elle permet d'améliorer la qualité de la détection et donc de réduire les échanges de composants à tort en après-vente, comme des bobines, des bougies ou des injecteurs. La présente invention permet aussi d'améliorer la protection des éléments de dépollution présents dans la ligne d’échappement du moteur thermique, notamment un ou des catalyseurs, et donc le coût d'échange en garantie.
[0019] Le procédé fonctionne en boucle fermée avec une comparaison à chaque point de fonctionnement prédéterminé, notamment un Point Mort Haut de l'écart entre le couple instantané réalisé et la consigne de couple. La détection est active en permanence d’où une forte réduction du risque de destruction du moteur et des éléments de dépollution à cause de ratés non détectés.
[0020] On supprime le risque de fausse détection dans toutes les situations de vie connues aujourd'hui et toutes celles que l'on ne connaît pas encore puisque si on a une forte variation de couple demandée, on saura toujours quantifier l'écart entre le couple demandé et le couple instantané.
[0021] Avantageusement, le paramètre représentatif du couple instantané en vigueur est une accélération angulaire en vigueur d’un vilebrequin entraîné en rotation et associé au moteur thermique, le facteur de comparaison étant une différence ou un ratio entre l’accélération angulaire en vigueur et une accélération angulaire calculée à partir de la consigne de couple, le seuil prédéterminé étant un seuil de différence ou un ratio.
[0022] En mettant directement un seuil sur l'accélération du vilebrequin fonction de la consigne de couple, ceci permet de se passer du calcul du couple instantané.
[0023] Avantageusement, le facteur de comparaison est une différence entre le couple instantané en vigueur et la consigne de couple, le seuil prédéterminé étant un seuil de différence.
[0024] Avantageusement, le facteur de comparaison est un rapport du couple instantané en vigueur sur la consigne de couple, le seuil prédéterminé étant un ratio seuil.
[0025] Le facteur de comparaison entre le couple instantané et la consigne de couple peut se faire en réalisant la différence du couple instantané et de la consigne de couple ou en faisant le ratio du couple instantané sur la consigne de couple. Dans tous les cas, c'est bien le concept de boucle fermée par rapport à la consigne qui est important dans le cadre de la présente invention.
[0026] Avantageusement, il est mesuré une position de vilebrequin entraîné en rotation et associé au moteur thermique, il est défini une fenêtre de détection et effectué un calcul d’une accélération angulaire du vilebrequin dans cette fenêtre de détection.
[0027] Avantageusement, le couple instantané en vigueur est calculé en multipliant l’accélération angulaire du vilebrequin par un moment d’inertie du moteur thermique.
[0028] Avantageusement, le point prédéterminé du cycle de combustion est un Point Mort Haut.
[0029] Avantageusement, des consignes d’admission d’air au moteur et d’avance à l’allumage sont aussi émises pour le moteur thermique.
[0030] L’invention concerne aussi un procédé de protection d’un moteur thermique et d’au moins un élément de dépollution présent dans une ligne d’échappement du moteur thermique, dans lequel au moins une consigne d’admission d’air, d’injection de carburant dans au moins un cylindre du moteur thermique et d’avance à l’allumage est modifiée lors d’une détection de ratés de combustion, caractérisé en ce que les ratés de combustion sont détectés en temps réel par un tel procédé de détection.
[0031] L’invention concerne aussi un groupe motopropulseur pour la mise en oeuvre d’un tel procédé de détection ou d’un tel procédé de protection, le groupe comprenant un moteur thermique avec au moins un cylindre, un dispositif d’injection d’un carburant dans le moteur, un dispositif d’admission d’air dans le moteur, les dispositifs étant pilotés par une unité de contrôle moteur comprenant des moyens d’élaboration d’une consigne de couple pour le moteur et des moyens de calcul du couple instantané en vigueur du moteur thermique, caractérisé en ce que l’unité de contrôle moteur comprend des moyens de calcul en temps réel d’un facteur de comparaison entre la consigne de couple et le couple instantané en vigueur ou un paramètre représentatif du couple instantané en vigueur lors de chaque atteinte d’un point prédéterminé du cycle de combustion dans ledit au moins un cylindre et des moyens de comparaison du facteur de comparaison avec un seuil prédéterminé stocké dans des moyens de mémorisation de l’unité de contrôle moteur.
[0032] La solution proposée par la présente invention se fait à moindre coût car purement logicielle en ne requérant que des transformations logicielles dans l’unité de contrôle moteur déjà présente dans le groupe motopropulseur.
[0033] D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d’une mise en oeuvre d’un procédé de détection de ratés de combustion selon l’état de la technique,
- la figure 2 est une représentation schématique d’une mise en oeuvre d’un procédé de détection de ratés de combustion selon une forme de réalisation conforme à la présente invention.
[0034] Il est à garder à l’esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l’invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques.
[0035] En se référant à la figure 2, la présente invention concerne un procédé de détection de ratés de combustion Det rat comb pendant un cycle de combustion dans au moins un cylindre d’un moteur thermique M, une consigne de couple Cons C étant délivrée pour le fonctionnement du moteur et un couple instantané Cinst en vigueur étant calculé dans une unité de contrôle moteur CMM.
[0036] Selon l’invention, un facteur de comparaison entre la consigne de couple Cons C et le couple instantané Cinst en vigueur ou un paramètre Acc vil représentatif du couple instantané Cinst en vigueur peut être calculé en boucle fermée lors de chaque atteinte d’un point prédéterminé du cycle de combustion dans ledit au moins un cylindre. Ce point prédéterminé du cycle de combustion est spécifique et peut correspondre à une position spécifique d’un piston dans ledit au moins un cylindre. Des ratés de combustion sont ainsi détectés Det rat comb en temps réel si le facteur de comparaison est au-dessus d’un seuil prédéterminé.
[0037] Par facteur de comparaison, il est entendu toute opération mathématique reliant la consigne de couple Cons C et le couple instantané Cinst en vigueur. Comme paramètre Acc vil représentatif du couple instantané Cinst, il peut être pris tout paramètre Acc vil ayant une relation mathématique avec le couple instantané Cinst en vigueur.
[0038] Dans un mode de réalisation préférentielle, le paramètre Acc vil représentatif du couple instantané Cinst en vigueur peut être une accélération angulaire Acc vil en vigueur d’un vilebrequin entraîné en rotation et associé au moteur thermique M, l’accélération angulaire Acc vil étant directement proportionnelle au couple instantané Cinst en vigueur.
[0039] Dans ce cas, le facteur de comparaison peut être une différence ou un ratio entre l’accélération angulaire Acc vil en vigueur et une accélération angulaire calculée à partir de la consigne de couple Cons C, le seuil prédéterminé étant un seuil de différence ou un ratio, donc différent dans ces deux cas.
[0040] Dans un autre mode de réalisation préférentielle, le facteur de comparaison peut être une différence entre le couple instantané Cinst en vigueur et la consigne de couple Cons C, le seuil prédéterminé étant un seuil de différence.
[0041] Enfin dans un autre mode de réalisation préférentielle, le facteur de comparaison peut être un rapport du couple instantané Cinst en vigueur sur la consigne de couple Cons C, le seuil prédéterminé étant un ratio seuil.
[0042] Le calcul du couple instantané Cinst en vigueur peut se faire similairement à ce qui a été proposé par l’état de la technique et illustré à la figure 1. Une unité de contrôle moteur CMM envoie des consignes de couple Cons C, d’admission d’air Cons A, d’injection de carburant et d’avance Cons Av à un moteur thermique M.
[0043] Il peut être mesuré par un capteur de position une position de vilebrequin entraîné en rotation et associé au moteur thermique Μ. Il peut être défini une fenêtre de détection et effectué un calcul dans cette fenêtre de détection Cal ac ang fen detec d’une accélération angulaire Acc vil du vilebrequin. Ceci est montré dans le module 2.
[0044] Ensuite, dans le module 3, le couple instantané Cinst en vigueur peut être calculé en multipliant l’accélération angulaire Acc vil du vilebrequin par un moment d’inertie du moteur thermique M selon l’équation suivante Cinst étant le couple instantané, J le moment d’inertie du moteur et ω la vitesse angulaire du vilebrequin :
Cinst = J. ω [0045] Dans le module 4, qui est un module de soustraction pour une comparaison entre la consigne de couple Cons C et le couple instantané Cinst en vigueur, ce qui n’est pas limitatif dans le cadre de la présente invention, il est effectué un calcul de l’écart en tant que facteur de comparaison, l’écart étant la différence entre le couple instantané Cinst en vigueur et la consigne de couple Cons C. Dans le module 1, l’écart est comparé à un seuil prédéterminé ceci pour chaque point prédéterminé du cycle de combustion. Si cet écart est supérieur au seuil, il est détecté des ratés de combustion Det rat comb.
[0046] Le point spécifique prédéterminé du cycle de combustion pour lequel un facteur de comparaison entre la consigne de couple Cons C et le couple instantané Cinst en vigueur ou un paramètre Acc vil représentatif du couple instantané Cinst en vigueur est calculé en boucle fermée lors de chaque atteinte du point de fonctionnement spécifique prédéterminé peut être quelconque mais est de préférence un Point Mort Haut, pour lequel le piston atteint le point haut de sa course dans le cylindre.
[0047] Comme précédemment mentionné, des consignes d’admission d’air Cons A au moteur et d’avance Cons AV à l’allumage peuvent aussi être aussi émises pour le moteur thermique M.
[0048] L’invention concerne aussi un procédé de protection d’un moteur thermique M et d’au moins un élément de dépollution présent dans une ligne d’échappement du moteur thermique M, dans lequel au moins une consigne d’admission d’air Cons A, d’injection de carburant dans au moins un cylindre du moteur thermique M et d’avance Cons Av à l’allumage est modifiée lors d’une détection de ratés de combustion Det rat comb. Selon l’invention, les ratés de combustion sont détectés Det rat comb en temps réel par un procédé de détection tel que précédemment mentionné.
[0049] L’invention concerne aussi un groupe motopropulseur pour la mise en oeuvre d’un tel procédé de détection ou d’un tel procédé de protection. Le groupe motopropulseur comprend un moteur thermique M avec au moins un cylindre, un dispositif d’injection d’un carburant dans le moteur, un dispositif d’admission d’air dans le moteur.
[0050] Ces dispositifs sont pilotés par une unité de contrôle moteur CMM comprenant des moyens d’élaboration d’une consigne de couple Cons C pour le moteur, à savoir notamment une consigne de couple Cons C, une consigne d’admission d’air Cons A, une consigne d’injection de carburant et une consigne d’avance à l’allumage. L’unité de contrôle moteur CMM comprend des moyens de calcul du couple instantané Cinst en vigueur du moteur thermique M.
[0051] Selon l’invention, l’unité de contrôle moteur CMM comprend des moyens de calcul en temps réel d’un facteur de comparaison entre la consigne de couple Cons C et le couple instantané Cinst en vigueur ou un paramètre Acc vil représentatif du couple instantané Cinst en vigueur lors de chaque atteinte d’un point prédéterminé du cycle de combustion dans ledit au moins un cylindre.
[0052] L’unité de contrôle moteur CMM comprend des moyens de comparaison du facteur de comparaison avec un seuil prédéterminé stocké dans des moyens de mémorisation de l’unité de contrôle moteur CMM.
[0053] L’invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n’ont été donnés qu’à titre d’exemples.
Claims (10)
- Revendications :1. Procédé de détection de ratés de combustion (Det rat comb) pendant un cycle de combustion dans au moins un cylindre d’un moteur thermique (M), une consigne de couple (Cons C) étant délivrée pour le fonctionnement du moteur et un couple instantané (Cinst) en vigueur étant calculé, caractérisé en ce qu’un facteur de comparaison entre la consigne de couple (Cons C) et le couple instantané (Cinst) en vigueur ou un paramètre (Acc vil) représentatif du couple instantané (Cinst) en vigueur est calculé en boucle fermée lors de chaque atteinte d’un point prédéterminé du cycle de combustion dans ledit au moins un cylindre, des ratés de combustion étant détectés (Det rat comb) en temps réel si le facteur de comparaison est au-dessus d’un seuil prédéterminé.
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le paramètre représentatif du couple instantané (Cinst) en vigueur est une accélération angulaire (Acc vil) en vigueur d’un vilebrequin entraîné en rotation et associé au moteur thermique (M), le facteur de comparaison étant une différence ou un ratio entre l’accélération angulaire (Acc vil) en vigueur et une accélération angulaire calculée à partir de la consigne de couple (Cons C), le seuil prédéterminé étant un seuil de différence ou un ratio.
- 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le facteur de comparaison est une différence entre le couple instantané (Cinst) en vigueur et la consigne de couple (Cons C), le seuil prédéterminé étant un seuil de différence.
- 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le facteur de comparaison est un rapport du couple instantané (Cinst) en vigueur sur la consigne de couple (Cons C), le seuil prédéterminé étant un ratio seuil.
- 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel il est mesuré une position de vilebrequin entraîné en rotation et associé au moteur thermique (M), il est défini une fenêtre de détection et effectué un calcul (Cal ac ang fen detec) d’une accélération angulaire (Acc vil) du vilebrequin dans cette fenêtre de détection.
- 6. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le couple instantané (Cinst) en vigueur est calculé en multipliant l’accélération angulaire (Acc vil) du vilebrequin par un moment d’inertie du moteur thermique (M).
- 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le point prédéterminé du cycle de combustion est un Point Mort Haut.
- 8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel des consignes d’admission d’air (Cons A) au moteur et d’avance (Cons Av) à l’allumage sont aussi émises pour le moteur thermique (M).
- 9. Procédé de protection d’un moteur thermique (M) et d’au moins un élément de dépollution présent dans une ligne d’échappement du moteur thermique (M), dans lequel au moins une consigne d’admission d’air (Cons A), d’injection de carburant dans au moins un cylindre du moteur thermique (M) et d’avance (Cons Av) à l’allumage est modifiée lors d’une détection de ratés de combustion (Det rat comb), caractérisé en ce que les ratés de combustion sont détectés (Det rat comb) en temps réel par un procédé de détection selon l’une quelconque des revendications précédentes.
- 10. Groupe motopropulseur pour la mise en oeuvre du procédé de détection selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 ou du procédé de protection selon la revendication précédente, le groupe comprenant un moteur thermique (M) avec au moins un cylindre, un dispositif d’injection d’un carburant dans le moteur, un dispositif d’admission d’air dans le moteur, les dispositifs étant pilotés par une unité de contrôle moteur (CMM) comprenant des moyens d’élaboration d’une consigne de couple (Cons C) pour le moteur et des moyens de calcul du couple instantané (Cinst) en vigueur du moteur thermique (M), caractérisé en ce que l’unité de contrôle moteur (CMM) comprend des moyens de calcul en temps réel d’un facteur de comparaison entre la consigne de couple (Cons C) et le couple instantané (Cinst) en vigueur ou un paramètre (Acc vil) représentatif du couple instantané (Cinst) en vigueur lors de chaque atteinte d’un point prédéterminé du cycle de combustion dans ledit au moins un cylindre et des moyens de comparaison du facteur de comparaison avec un seuil prédéterminé stocké dans des moyens de mémorisation de l’unité de contrôle moteur (CMM).
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| WO2022033716A1 (fr) * | 2020-08-12 | 2022-02-17 | Caterpillar Energy Solutions Gmbh | Procédé de détection de raté d'allumage et unité de commande d'un moteur à combustion interne |
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Also Published As
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| FR3081933B1 (fr) | 2021-02-19 |
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