FR3100568A1 - Procédé de détermination de pertes mécaniques de frottement d’un moteur à combustion interne - Google Patents
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Abstract
L’invention a pour objet un procédé de détermination (100) de pertes mécaniques de frottement (CMFmoteur) d’un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile pourvu d’une pluralité d’accessoires, compreant une première étape (101) de détermination des pertes mécaniques de frottement accessoires (CMFaccessoires), une deuxième étape (102) de mesure d’un couple moyen effectif (CMEmoyen), une troisième étape (103) de calcul d’un couple moyen indiqué (CMImoyen) et une quatrième étape (104) de calcul des pertes mécaniques de frottement accessoires (CMFaccessoires) selon la relation : CMFmoteur = CMImoyen – CMEmoyen – CMFaccessoires Avec : Et : Dans lesquelles : R est une distance exprimée en mm entre un maneton et un tourillon d’un vilebrequin, L est une longueur en mm d’une bielle, Fe est une force exercée sur un piston en N, S(piston) est une surface projetée du piston en m2, Pcyl est une pression relative régnant dans un cylindre en Pa. Figure 1
Description
La présente invention concerne un procédé de détermination de pertes mécaniques de frottement d’un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile. La présente invention concerne aussi un procédé de commande du moteur à combustion interne prenant en compte les pertes mécaniques de frottement déterminées.
Un véhicule automobile est couramment équipé d’un moteur à combustion interne, tel qu’un moteur à essence, qui subit des pertes mécaniques de frottement en raison d’un mouvement de pièces que le moteur à combustion interne comporte. Il est souhaitable de connaître ces pertes mécaniques de frottement pour maîtriser un bon fonctionnement du moteur à combustion interne et pour optimiser une loi de commande du moteur à combustion interne.
On connait un procédé d’estimation des pertes mécaniques de frottement du moteur à combustion interne, qui permet d’estimer les pertes mécaniques de frottement « hors feu », autrement dit les pertes mécaniques de frottement estimées après une coupure d’injection d’un carburant alimentant le moteur à combustion interne. Une telle estimation se base sur une mesure d’un couple résistif moteur hors combustion, notamment lorsqu’un ratio de pression aux bornes d’un cylindre du moteur à combustion interne est proche de l’unité. Un tel procédé est par exemple mis en œuvre sur un banc d’essai moteur.
Un tel procédé ne permet toutefois pas de déterminer de manière satisfaisante et précise les pertes mécaniques de frottement dans des conditions de vie quelconques du moteur à combustion interne, et notamment dans des conditions de vie « en feu » au cours desquelles les frottements subis par le moteur à combustion interne sont supérieurs à ceux subis dans des conditions « hors feu ». Cela entraine des biais de calibration et d’estimation pour des modèles de Couple Moyen Indiqué et de Couple Moyen Effectif, ce qui induit une loi de commande imprécise.
Un but de la présente invention est d’améliorer la situation en proposant un procédé de détermination de pertes mécaniques de frottement d’un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile, ledit procédé étant fiable, précis et aisé à mettre en œuvre, un tel procédé permettant une optimisation d’une loi de commande du moteur à combustion interne.
Selon la présente invention, un procédé de la présente invention est un procédé de détermination de pertes mécaniques de frottement, notées CMFmoteur ci-après, d’un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile. On comprend en cela que le procédé de la présente invention est un procédé précis qui comporte des phases de mesure et des phases de calcul, notoirement plus précises que le procédé d’estimation de l’art antérieur.
Le véhicule automobile est notamment équipé d’accessoires, tels qu’une pompe à huile, un alternateur, une pompe à eau, un système d’injection et/ou un accessoire analogue, dont une mise en œuvre est dépendante du moteur à combustion interne. Lesdits accessoires génèrent conjointement des pertes mécaniques de frottement accessoires, notées CMFaccessoires ci-après. Les pertes mécaniques de frottement accessoires CMFaccessoires sont déterminées lors d’une première étape du procédé de la présente invention. Selon un exemple de réalisation, la première étape comprend une phase de de mesure d’une perte mécanique individuelle de frottement de chacun des accessoires et une phase d’addition des pertes mécaniques individuelles de frottement déterminées pour obtenir les pertes mécaniques de frottement accessoires CMFaccessoires.
Le moteur à combustion interne est préférentiellement un moteur à essence. Dans sa généralité, le moteur à combustion interne comporte par exemple un vilebrequin et un bloc-cylindres logeant au moins un cylindre à l’intérieur duquel circule un piston.
Le moteur à combustion interne présente un couple moyen effectif, noté CMEmoyen ci-après. Le couple moyen effectif CMEmoyen est mesuré lors d’une deuxième étape du procédé de la présente invention. Selon un exemple de réalisation, la deuxième étape est une étape de mesure qui est effectuée sur un banc d’essai moteur. Le banc d’essai moteur comporte une génératrice qui est reliée à une sortie du vilebrequin pour mesurer le couple moyen effectif CMEmoyen.
Le piston présente une surface projetée qui est notée S(piston) ci-après. Lors d’un fonctionnement du moteur à combustion interne, une force, notée Fe ci-après, s’exerce sur le piston et une pression relative, notée Pcyl ci-après, règne à l’intérieur du piston. Le moteur à combustion interne comprend le vilebrequin pourvu d’au moins un maneton et un tourillon qui sont espacés l’un de l’autre d’une distance, qui est notée R ci-après. Le moteur à combustion interne comprend au moins une bielle qui est d’une longueur notée L ci-après.
Le moteur à combustion interne présente un couple moyen indiqué, noté CMImoyen ci-après. Le couple moyen indiqué CMImoyen est obtenu lors d’une troisième étape du procédé de la présente invention. Selon un exemple de réalisation, la troisième étape est une étape de détermination comprenant une phase de mesure d’une pression relative Pcyl régnant à l’intérieur du cylindre du moteur à combustion interne et une phase de calcul du couple moyen indiqué CMImoyen.
Aussi, on obtient le couple moyen indiqué CMImoyen à partir de la relation :
Dans laquelle :
R est la distance entre le maneton et le tourillon en mm,
L est la longueur de la bielle en mm,
Fe est la force exercée sur le piston en N,
On comprend que l’intégration ci-dessus est réalisée sur l’ensemble du champ moteur en régime et en charge, d’où une intégration sur 720°.
La force Fe exercée sur le piston est donnée par la relation :
Dans laquelle :
S(piston) est la surface projetée du piston en m2,
Pcyl est la pression relative dans le cylindre en Pa
On obtient au cours d’une quatrième étape du procédé les pertes mécaniques de frottement CMFmoteur à partir de la relation :
CMFmoteur = CMImoyen – CMEmoyen – CMFaccessoires
On note que les conditions nominales de fonctionnement du moteur à combustion interne pour ce qui est d’une température d’eau et d’une température d’huile doivent être maîtrisées et que ces dernières sont idéalement constantes.
Une fois la détermination des pertes mécaniques de frottement CMFmoteur réalisée, il est possible de modéliser un procédé de commande du moteur à combustion interne prenant en compte les pertes mécaniques de frottement CMFmoteur déterminées. Il apparait que des paramètres prépondérants qui influencent les pertes mécaniques de frottement sont un régime moteur, une charge moteur ou un remplissage d’air, une pression d’huile, une température d’huile, un calage d’une avance moteur et un rodage moteur. A partir d’une cartographie d’influence de chacun de ces paramètres, il est possible d’établir un procédé de commande du moteur à combustion interne calibré et validé.
Selon une première variante, le procédé de commande comporte une première cartographie prenant en compte le régime moteur et la charge moteur.
Selon une deuxième variante, le procédé de commande comporte une deuxième cartographie prenant en compte le régime moteur et le remplissage d’air.
Le procédé de commande comporte ensuite une troisième cartographie prenant en compte la pression d’huile et la température d’huile
Ces dispositions sont telles que le procédé de commande ainsi élaboré et calibré permet d’obtenir une performance de détermination des pertes mécaniques moteur qui sont inférieures à +/- 2 N.m quel que soit le point de fonctionnement du moteur à combustion interne. Plus particulièrement, il est observé que pour 95.8 % des points de fonctionnement du moteur à combustion interne, une erreur de détermination est inférieure à 1 N.m ce qui est avantageusement particulièrement faible.
Ces dispositions sont également telles que le procédé de détermination de pertes mécaniques de frottement permet dans un premier temps une détermination des pertes mécaniques de frottement sans réaliser d’essais nécessitant une mesure d’un couple résistif moteur, une telle mesure étant habituellement réalisée sur un banc d’essai moteur et se basant sur une exploitation de mesures de pression cylindre et du couple résistif du moteur mesuré en sortie d’un vilebrequin du moteur à combustion interne.
La présente invention permet aussi une élaboration et une calibration d’un modèle de loi de commande qui est plus représentatif des pertes mécaniques de frottement dans toutes les conditions de vie du moteur à combustion interne.
La présente invention permet aussi une validation sur le véhicule automobile d’un Couple Moyen Effectif à partir d’une information donnée par le procédé de détermination des pertes mécaniques de frottement et une mesure des pressions aux bornes du cylindre.
Autrement dit, la présente invention permet de résoudre le problème de validation d’une estimation du Couple Moyen Effectif du véhicule automobile équipé de capteur de mesure de pressions aux bornes du cylindre. Elle permet aussi une détermination plus précise des pertes mécaniques de frottement et par conséquent une optimisation de modèles d’estimation d’un Couple Moyen Indiqué Haute Pression et d’un Couple Moyen Indiqué Basse Pression et ensuite une optimisation d’un modèle d’estimation du Couple Moyen Effectif en sortie du vilebrequin du moteur à combustion interne.
La présente invention s’affranchit d’une mesure des pertes mécaniques de frottement en coupure d’injection, le procédé de la présente invention se basant sur un relevé de mesure du Couple Moyen Indiqué et du Couple Moyen Effectif au banc d’essai moteur pour en déduire un Couple Moyen de Frottement, un tel procédé permettant une détermination plus précise que celle relevée par mesure directe selon l’art antérieur qui est uniquement représentatif du fonctionnement hors feu.
Il en résulte une modélisation plus précise de la loi de commande du moteur à combustion interne permettant une modélisation plus juste des pertes mécaniques de frottement et consécutivement des autres modèles de pertes.
Il en découle une validation sur le véhicule automobile d’une estimation du Couple Moyen Effectif en sortie du vilebrequin par l’intermédiaire de mesures de pression aux bornes du cylindre et d’un système d’exploitation de ces mesures.
Il découle également de ces dispositions une modélisation des différents couples qui est plus cohérente avec la physique réelle de comportement du moteur à combustion interne.
Un avantage notable de la présente invention réside dans le fait que la calibration du modèle de loi de commande ne nécessite pas d’essai particulier en coupure d’injection. Un autre avantage notable est la possibilité de valider l’ensemble de la structure couple calibrée du moteur à combustion interne sur le véhicule automobile à partir essentiellement des données de pression mesurées aux cylindres.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description non limitative qui suit, rédigée au regard des dessins annexés, dans lesquels :
Sur la figure 1, est illustré schématiquement un procédé de détermination 100 de pertes mécaniques de frottement CMFmoteur d’un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile. Le procédé de détermination 100 est un procédé qui comporte des phases de mesure et des phases de calcul.
Le véhicule automobile est équipé d’accessoires, tels qu’une pompe à huile, un alternateur, une pompe à eau, un système d’injection et/ou un accessoire analogue, dont une mise en œuvre est dépendante du moteur à combustion interne. Lesdits accessoires génèrent conjointement des pertes mécaniques de frottement accessoires CMFaccessoires. Les pertes mécaniques de frottement accessoires CMFaccessoires sont déterminées lors d’une première étape 101 du procédé de détermination 100. La première étape 101 comprend une phase de mesure 101a d’une perte mécanique individuelle de frottement de chacun des accessoires et une phase d’addition 101b des pertes mécaniques individuelles de frottement déterminées pour obtenir les pertes mécaniques de frottement accessoires CMFaccessoires.
Le moteur à combustion interne est un moteur à essence. Le moteur à combustion interne comporte un vilebrequin et un bloc-cylindres logeant une pluralité de cylindres à l’intérieur desquels circule un piston respectif.
Le moteur à combustion interne présente un couple moyen effectif CMEmoyen. Le couple moyen effectif CMEmoyen est mesuré lors d’une deuxième étape 102 du procédé de détermination 100. La deuxième étape 102 est une étape de mesure du couple moyen effectif CMEmoyen qui est effectuée en sortie du vilebrequin sur un banc d’essai moteur. Le banc d’essai moteur comporte une génératrice associée au vilebrequin du moteur à combustion interne.
Le piston présente une surface qui est notée S(piston) ci-après. Lors d’un fonctionnement du moteur à combustion interne, une force, notée Fe ci-après, s’exerce sur le piston et une pression relative, notée Pcyl ci-après, règne à l’intérieur du piston. Le vilebrequin est pourvu d’au moins un maneton et un tourillon qui sont espacés l’un de l’autre d’une distance, qui est notée R ci-après. Le moteur à combustion interne comprend au moins une bielle qui est d’une longueur notée L ci-après.
Le moteur à combustion interne présente un couple moyen indiqué, noté CMImoyen ci-après. Le couple moyen indiqué CMImoyen est obtenu lors d’une troisième étape 103 du procédé de détermination 100. Selon un exemple de réalisation, la troisième étape 103 est une étape de détermination comprenant une phase de mesure 103a d’une pression relative Pcyl régnant à l’intérieur du cylindre du moteur à combustion interne et une phase de calcul 103b du couple moyen indiqué CMImoyen.
Le couple moyen indiqué CMImoyen est obtenu à partir de la relation :
L’intégration ci-dessus est réalisée sur l’ensemble du champ moteur en régime et en charge, d’où une intégration sur 720°.
On note que la force Fe exercée sur le piston est donnée par la relation :
Le procédé de détermination 100 comprend une quatrième étape 104 qui permet d’obtenir les pertes mécaniques de frottement CMFmoteur à partir de la relation :
CMFmoteur = CMImoyen – CMEmoyen – CMFaccessoires
On note que les conditions nominales de fonctionnement du moteur à combustion interne pour ce qui est d’une température d’eau et d’une température d’huile doivent être maîtrisées et que ces dernières sont idéalement constantes.
Sur les figures 2 et 3, est représenté schématiquement un modèle de procédé de commande 200 du moteur à combustion interne prenant en compte les pertes mécaniques de frottement CMFmoteur précédemment déterminées. Il apparait que des paramètres prépondérants qui influencent les pertes mécaniques de frottement CMFmoteur sont un régime moteur 201, une charge moteur 202 ou un remplissage d’air 203, une pression d’huile 204, une température d’huile 205, un calage d’une avance moteur 206 et un rodage moteur 207. A partir d’une cartographie d’influence de ces paramètres, il est possible d’établir un procédé de commande 200 du moteur à combustion interne qui est calibré et validé.
Selon une première variante illustrée sur la figure 2, le procédé de commande 200 comporte une première cartographie 301 prenant en compte le régime moteur 201 et la charge moteur 202.
Selon une deuxième variante illustrée sur la figure 3, le procédé de commande 200 comporte une deuxième cartographie 302 prenant en compte le régime moteur 201 et le remplissage d’air 203.
Le procédé de commande 200 comporte aussi une troisième cartographie 303 prenant en compte la pression d’huile 204 et la température d’huile 205.
Le procédé de commande 200 comporte aussi une quatrième cartographie 304 prenant en compte le calage d’une avance moteur 206.
Le procédé de commande 200 comporte aussi une cinquième cartographie 305 prenant en compte le rodage moteur 207.
Claims (7)
- Procédé de détermination (100) de pertes mécaniques de frottement (CMFmoteur) d’un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile pourvu d’une pluralité d’accessoires mis en œuvre par le moteur à combustion interne, le moteur à combustion interne comprenant au moins un vilebrequin pourvu d’un maneton et d’un tourillon, une bielle et un cylindre à l’intérieur duquel circule un piston, dans lequel ledit procédé de détermination (100) comprend une première étape (101) de détermination des pertes mécaniques de frottement accessoires (CMFaccessoires), une deuxième étape (102) de mesure d’un couple moyen effectif (CMEmoyen), une troisième étape (103) de calcul d’un couple moyen indiqué (CMImoyen) et une quatrième étape (104) de calcul des pertes mécaniques de frottement accessoires (CMFaccessoires) selon la relation :
CMFmoteur = CMImoyen – CMEmoyen – CMFaccessoires
Avec :
Et :
Dans lesquelles :
R est une distance exprimée en mm entre le maneton et le tourillon du vilebrequin,
L est une longueur en mm de la bielle,
Fe est une force exercée sur le piston en N,
S(piston) est une surface projetée du piston en m2,
Pcyl est une pression relative régnant dans le cylindre en Pa. - Procédé de détermination (100) selon la revendication 1, dans lequel la première étape (101) comprend une phase de mesure (101a) d’une perte mécanique individuelle de frottement de chacun des accessoires et une phase d’addition (101a) des pertes mécaniques individuelles de frottement déterminées pour obtenir les pertes mécaniques de frottement accessoires (CMFaccessoires).
- Procédé de détermination (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième étape (102) est une étape de mesure du couple moyen effectif (CMEmoyen) sur un banc d’essai moteur comportant une génératrice reliée à une sortie du vilebrequin.
- Procédé de détermination (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la troisième étape (103) comprend une phase de mesure (103a) de la pression relative (Pcyl) régnant à l’intérieur du cylindre du moteur à combustion interne.
- Procédé de commande (200) du moteur à combustion interne, dans lequel le procédé de commande (200) prend en compte les pertes mécaniques de frottement (CMFmoteur) obtenues par le procédé de détermination selon l’une quelconque des revendications 1 à 4.
- Procédé de commande (200) selon la revendication 5, dans lequel le procédé de commande prend en compte l’un quelconque au moins d’un régime moteur (201), d’une charge moteur (202), d’un remplissage d’air (203), d’une pression d’huile (204), d’une température d’huile (205), d’un calage d’une avance moteur (206) et d’un rodage moteur (207).
- Procédé de commande (200) selon l’une quelconque des revendications 5 et 6, dans lequel le moteur à combustion interne est un moteur à essence.
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