FR3107315A1 - Procédé de réduction des instabilités de combustion dans un moteur thermique essence lors d’une chauffe d’un système de dépollution des gaz d’echappement - Google Patents
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Abstract
Le procédé est mis en œuvre pendant une chauffe d’un système de dépollution des gaz d’échappement d’un moteur thermique à essence, la chauffe étant obtenue à partir d’une dégradation de l’avance à l’allumage du moteur thermique, le moteur thermique faisant l’objet d’une surveillance (M2) incluant un comptage (NR) des instabilités de combustion et une première comparaison (B3) du comptage à un premier seuil de nombre d’instabilités de combustion (TH1), et un dépassement du premier seuil par le comptage déclenchant un premier signalement d’anomalie (ODB1, MIL). Conformément à l’invention, le procédé comprend une deuxième comparaison (B5) du comptage d’instabilités de combustion à un deuxième seuil de nombre d’instabilités de combustion (TH2), le deuxième seuil étant inférieur au deuxième seuil, et une réduction (RGA) de la dégradation de l’avance à l’allumage du moteur thermique lorsque le comptage atteint le deuxième seuil. Fig.2
Description
L’invention concerne de manière générale la réduction des instabilités de combustion, dites «ratés d’allumage», dans les moteurs thermiques à essence. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un procédé de réduction des instabilités de combustion dans un moteur thermique à essence se produisant pendant une chauffe d’un système de dépollution des gaz d’échappement de celui-ci, ladite chauffe étant obtenue à partir d’une dégradation de l’avance à l’allumage du moteur thermique.
Dans les véhicules thermiques, les systèmes de dépollution des gaz d’échappement demandent généralement des températures élevées pour obtenir un fonctionnement respectueux des normes environnementales s’appliquant à l’industrie automobile. Ainsi, dans les systèmes de dépollution, le catalyseur d’oxydation s’amorce à une température de l’ordre de 300 degrés Celsius. Une chauffe du catalyseur d’oxydation peut s’avérer nécessaire, notamment lors d’un démarrage à froid du moteur thermique, pour optimiser ses performances de dépollution. La régénération du filtre à particules requiert aussi une température élevée, de l’ordre de 500 degrés Celsius, pour brûler les suies accumulées dans le filtre.
Dans les moteurs thermiques à essence, pour obtenir une élévation de la température dans le système de dépollution des gaz d’échappement, il est connu d’utiliser une stratégie de commande du moteur basée sur une dégradation de l’avance à l’allumage, associée à un ajustement de la richesse air-carburant. Une telle stratégie de commande peut être mise en œuvre pour obtenir une montée en température rapide du catalyseur d’oxydation, et aussi pour une régénération active du filtre à particules. Par dégradation de l’avance à l’allumage, on entend un ajustement de l’avance à l’allumage à une valeur inférieure à la valeur optimale.
Dans un moteur thermique à essence, des instabilités de combustion, dites «ratés d’allumages», ou «misfire» en anglais, sont susceptibles de se produire avec la réduction de l’avance à l’allumage et sont favorisées par l’encrassement des bougies d’allumage et de la chambre de combustion. Les ratés d’allumage peuvent être la cause d’une usure prématurée de certains organes du moteur thermique, notamment du catalyseur d’oxydation, et font l’objet d’une détection et d’une surveillance par le calculateur de contrôle moteur du véhicule. Le calculateur de contrôle moteur analyse l’accélération angulaire du vilebrequin en phase de combustion pour vérifier si la combustion s’est effectivement produite et si elle a été conforme à l’attendu. Le calculateur de contrôle moteur détecte un raté d’allumage lorsque l’accélération angulaire du vilebrequin est inférieure à l’attendu pour le point de fonctionnement considéré. Lorsque le nombre de ratés d’allumage dépasse un certain seuil, le calculateur de contrôle moteur déclenche un mode de fonctionnement dégradé du moteur thermique et active le voyant MIL, pour «Malfunction IndicatorLamp» en anglais, sur le tableau de bord du véhicule. Le conducteur est ainsi informé d’un défaut de fonctionnement du moteur thermique et de la nécessité d’une réparation.
Un inconvénient de la stratégie de commande susmentionnée, basée sur une dégradation de l’avance à l’allumage, est une augmentation possible du nombre de ratés d’allumage et, consécutivement, du nombre de visites pour réparation dans les services après-vente.
Le document US20040083717A1 décrit un procédé faisant appel à une dégradation de l’avance à l’allumage pour la chauffe d’un catalyseur lors d’un démarrage à froid. Une boucle de commande est utilisée pour régler l’avance à l’allumage de façon à éviter les ratés d’allumage et à minimiser la quantité des gaz brulés. Les documents FR2856732A1, FR2765914A1 et US2017260921A1 décrivent eux aussi des stratégies de commande du moteur thermique qui utilisent une dégradation de l’avance à l’allumage pour la chauffe du catalyseur.
Il est souhaitable de proposer un procédé ne présentant pas l’inconvénient susmentionné de la technique antérieure et apte à procurer une réduction des instabilités de combustion dans un moteur thermique à essence qui se produisent pendant une chauffe d’un système de dépollution des gaz d’échappement de celui-ci, ladite chauffe étant obtenue à partir d’une dégradation de l’avance à l’allumage du moteur thermique.
Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de réduction d’instabilités de combustion dans un moteur thermique à essence se produisant pendant une chauffe d’un système de dépollution des gaz d’échappement du moteur thermique, la chauffe étant obtenue à partir d’une dégradation de l’avance à l’allumage du moteur thermique, le moteur thermique faisant l’objet d’une surveillance incluant un comptage des instabilités de combustion et une première comparaison du comptage d’instabilités de combustion à un premier seuil de nombre d’instabilités de combustion, et un dépassement du premier seuil de nombre d’instabilités de combustion par le comptage d’instabilités de combustion déclenchant un premier signalement d’anomalie. Conformément à l’invention, le procédé comprend une deuxième comparaison du comptage d’instabilités de combustion à un deuxième seuil de nombre d’instabilités de combustion, le deuxième seuil de nombre d’instabilités de combustion étant inférieur au deuxième seuil de nombre d’instabilités de combustion, et une réduction de la dégradation de l’avance à l’allumage du moteur thermique lorsque le comptage d’instabilités de combustion atteint le deuxième seuil de nombre d’instabilités de combustion.
Selon une caractéristique particulière, le deuxième seuil de nombre d’instabilités de combustion est calibré pour une réduction des instabilités de combustion pendant une chauffe d’un catalyseur d’oxydation compris dans le système de dépollution des gaz d’échappement.
Selon une autre caractéristique particulière, le deuxième seuil de nombre d’instabilités de combustion est calibré pour une réduction des instabilités de combustion pendant une régénération active d’un filtre à particules compris dans le système de dépollution des gaz d’échappement.
Selon encore une autre caractéristique particulière, le procédé comprend également un deuxième signalement d’anomalie lorsque le comptage d’instabilités de combustion atteint le deuxième seuil de nombre d’instabilités de combustion.
Selon un autre aspect, l’invention concerne également un calculateur comprenant une mémoire stockant des instructions de programme pour la mise en œuvre du procédé tel que décrit brièvement ci-dessus.
Selon une forme de réalisation particulière, le calculateur est un calculateur de contrôle moteur d’un véhicule dans lequel est compris le moteur thermique.
L’invention concerne également un véhicule équipé d’un moteur thermique à essence et comprenant le calculateur indiqué ci-dessus.
D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
En référence à la Fig.1, dans le mode de réalisation particulier décrit ici, le procédé selon l’invention est mis en œuvre dans un calculateur de contrôle moteur CMM d’un véhicule. Le calculateur de contrôle moteur CMM est chargé de la commande d’un moteur thermique à essence MT équipant le véhicule.
Le moteur thermique MT est équipé d’un système de dépollution GDS des gaz d’échappement émis EG. Le système de dépollution GDS comprend ici un catalyseur d’oxydation OC, par exemple à trois voies, et un filtre à particules GPF.
Le calculateur de contrôle moteur CMM implémente des stratégies de commande du moteur thermique MT et de son système de dépollution GDS. Le calculateur de contrôle moteur CMM reçoit des informations en provenance de différents capteurs du moteur thermique MT et de son système de dépollution GDS et fixe leurs paramètres de fonctionnement conformément à la stratégie de commande mise en œuvre.
Comme visible à la Fig.1, le calculateur de contrôle moteur CMM comprend une mémoire MEM dans laquelle sont hébergés notamment trois modules logiciel embarqués M1, M2 et M3.
Le module logiciel M1 est chargé ici de la mise en œuvre de stratégies de commande de chauffe du système de dépollution GDS, à savoir, une commande de chauffe du catalyseur d’oxydation OC, notamment lors d’un démarrage à froid du moteur thermique MT, et une commande de chauffe du filtre à particules GPF lors d’une régénération active de celui-ci. Pour commander une chauffe du système de dépollution GDS, le module logiciel M1 détermine, conformément à la stratégie de commande de chauffe, une avance à l’allumage dégradée AD1 à l’intention du système d’allumage (non représenté) du moteur thermique MT et une richesse air-carburant RC à l’intention du système d’injection de carburant et du système d’alimentation en air du moteur thermique MT.
Le module logiciel M2 est chargé de la surveillance des ratés d’allumage, surveillance qui est imposée par la réglementation. Le traitement réalisé par le module logiciel M2 est classique dans un moteur thermique à essence et est réalisé en permanence par le calculateur de contrôle moteur CMM, pas seulement pendant une phase de chauffe du système de dépollution GDS. Un nouveau comptage des ratés d’allumage est lancé à chaque démarrage du véhicule et persiste pendant le roulage de celui-ci.
En référence également au logigramme de la Fig.1, le traitement effectué par le module logiciel M2 comporte essentiellement les blocs fonctionnels B1 à B4.
Le bloc B1 concerne la détection des ratés d’allumage RA. Les ratés d’allumage RA sont détectés de manière classique à partir d’un signal de capteur, typiquement le signal fourni par un capteur de position du vilebrequin. Le bloc B1 détecte un raté d’allumage lorsque l’accélération angulaire du vilebrequin est inférieure à l’attendu pour le point de fonctionnement considéré.
Le bloc B2 concerne le comptage des ratés d’allumage RA. Le comptage est réalisé par un compteur CR. Les ratés d’allumage sont comptés à partir du démarrage du moteur thermique MT, typiquement par unité de distance de roulage, c’est-à-dire, par kilomètre parcouru, ou par unité de temps. Le compteur CR délivre un nombre NR de ratés d’allumage comptés.
Le bloc B3 reçoit en entrée le nombre de ratés d’allumage NR. Le bloc B3 est un bloc conditionnel dédié de la détection du dépassement d’un seuil de nombre de ratés prédéterminé TH1 par le nombre de ratés d’allumage NR. Le seuil de nombre de ratés TH1 correspond à un nombre inacceptable de ratés d’allumage. Lorsque le nombre de ratés d’allumage NR devient supérieur au seuil de nombre de ratés TH1, une sortie Y du bloc B3 est activée et valide l’exécution du bloc B4 par le processus. Dans le cas contraire, c’est une sortie N du bloc B3 qui est activée et valide un bouclage d’attente du processus sur le bloc B3.
Le bloc B4 active un mode dégradé MD du fonctionnement du moteur thermique MT, avec un enregistrement d’un code d’anomalie détectée OBD1 et l’activation du voyant MIL sur le tableau de bord du véhicule. Le code d’anomalie détectée OBD1 est enregistré dans le système de diagnostic embarqué dit «OBD», pour «On Board Diagnostics» en anglais. L’activation du voyant MIL informe le conducteur d’une anomalie détectée et incite celui-ci à effectuer une réparation.
Le module logiciel M3 est dédié à la mise en œuvre du procédé selon l’invention. Le module logiciel M3 autorise la mise en œuvre du procédé selon l’invention par l’exécution d’instructions de code de programme par un processeur (non représenté) du calculateur de contrôle moteur CMM.
En référence également au logigramme de la Fig.1, le traitement effectué par le module logiciel M3 comporte essentiellement les blocs fonctionnels B5 à B7.
Le bloc B5 reçoit en entrée le nombre de ratés d’allumage NR compté par le compteur CR du module logiciel M2. Le bloc B5 est un bloc conditionnel dédié à la détection du dépassement d’un seuil de nombre de ratés prédéterminé TH2 par le nombre de ratés d’allumage NR.
Conformément à l’invention, le seuil de nombre de ratés TH2 est calibrable et est fixé à une valeur sensiblement inférieure à celle du seuil de nombre de ratés TH1, par exemple, à la moitié, TH2=0, 5.TH1, de la valeur du seuil de nombre de ratés TH1.
Le seuil de nombre de ratés TH2 pourra être calibré à des valeurs différentes selon que la réduction des ratés d’allumage RA est voulue pendant une chauffe du catalyseur d’oxydation OC ou pendant une régénération active du filtre à particules GPF.
Lorsque le nombre de ratés d’allumage NR devient supérieur au seuil de nombre de ratés TH2, une sortie Y du bloc B5 est activée et valide l’exécution du bloc B6 par le processus. Dans le cas contraire, c’est une sortie N du bloc B5 qui est activée et valide un bouclage d’attente du processus sur le bloc B5.
Le bloc B6 active la transmission d’une commande RGA qui est transmise au module logiciel M1. Conformément à l’invention, la commande RGA est une demande de réduction de la dégradation de l’avance à l’allumage dégradée AD1. L’exécution de la commande RGA par le module logiciel M1 conduit à la détermination d’une nouvelle avance à l’allumage dégradée AD2 qui est supérieure à AD1. L’avance à l’allumage dégradée AD2 conduit à une diminution du nombre de ratés d’allumage NR, mais aussi à une réduction de la chauffe du système de dépollution GDS. Après l’exécution du bloc B6, le processus boucle sur le bloc conditionnel B5, de sorte que le processus pourra exécuter le bloc B6 plusieurs fois de façon à obtenir un nombre de ratés d’allumage NR inférieur au seuil de nombre de ratés TH2. La réduction maximale de la dégradation de l’avance à l’allumage pouvant être obtenue avec ce processus incrémentiel faisant appel à la commande RGA sera limitée par le module M1, de façon à conserver une chauffe minimale voulue du système de dépollution GDS.
Le bloc B7 est exécuté lorsque le dépassement du seuil de nombre de ratés TH2 par le nombre de ratés d’allumage NR est détecté par le bloc B6. Le bloc B7 commande l’enregistrement d’un code d’anomalie détectée OBD2 dans le système de diagnostic embarqué OBD, indiquant un dépassement du seuil de nombre de ratés TH2. Ainsi, lors d’une prochaine visite à un garage de mécanique automobile pour l’entretien du véhicule, le code d’anomalie détectée OBD2 informera le garagiste de la réduction de l’intensité de chauffe du système de dépollution GDS, du fait d’un dépassement du seuil de nombre de ratés TH2, et le conduira à vérifier les bougies d’allumage du moteur thermique MT pour éventuellement les changer.
Le processus décrit ci-dessus des blocs B5 à B7, selon le procédé de l’invention, est initialisé par le module logiciel M3 à chaque nouveau démarrage à la clé du moteur thermique MT pour un nouveau roulage du véhicule, notamment lorsque le moteur thermique MT est froid est qu’une chauffe du catalyseur d’oxydation OC est nécessaire. Après un démarrage à la clé du moteur thermique MT, l’avance à l’allumage dégradée délivrée initialement par le module logiciel M1 est à sa valeur nominale, à savoir, AD1.
De manière générale, la qualité de l'allumage dans un moteur thermique à essence est fortement dépendant de l'écartement des électrodes des bougies d’allumage, qui est lié au vieillissement des bougies, ainsi que de l’encrassement de celles-ci et de l’encrassement des chambres de combustion. Ainsi, une bougie fortement encrassée, ou en limite de vieillissement, assurera un allumage correct avec une avance à l'allumage élevée, mais générera des ratés d’allumage avec une avance à l'allumage fortement dégradée. Le procédé selon l’invention, en limitant la dégradation de l’avance à l’allumage pendant la chauffe du système de dépollution permet de réduire les ratés d’allumage liés à l’encrassement.
En effet, si le nombre élevé de ratés d’allumage est dû à des bougies fortement encrassées, pour lesquelles la combustion serait correcte avec une avance à l'allumage nominale, ou à un encrassement des chambres de combustion, le fait de réduire la dégradation de l’avance à l’allumage permet de réduire le nombre des ratés d’allumage, évitant ainsi un passage du moteur thermique à mode dégradé et une activation du voyant MIL, évènements qui conduiraient le conducteur à amener son véhicule au garage. Si l’encrassement est effectivement la cause des ratés d’allumage, le roulage qui suivra la phase de chauffe du système de dépollution permettra de résorber, au moins partiellement, cet encrassement. Lors du prochain roulage, la chauffe du système de dépollution pourra se dérouler dans des conditions nominales, c’est-à-dire, en gardant l’avance à l’allumage dégradée nominale.
Dans le cas où le nombre élevé de ratés d’allumage est dû à un défaut autre que l’encrassement, par exemple, la casse d’une bougie d’allumage, le procédé selon l’invention n’aura pas d’incidence sur les ratés d’allumage et ceux-ci persisteront. La surveillance réglementaire des ratés d’allumage (cf. module M2) détectera alors l’occurrence du défaut par le dépassement du seuil réglementaire (seuil TH1) sur le nombre des ratés d’allumage.
L’invention pourra trouver une application dans différentes situations de vie du moteur thermique à essence dans lesquelles il est fait appel à une dégradation de l’avance à l’allumage, typiquement lors de la chauffe du catalyseur d’oxydation et lors d’une régénération active du filtre à particules. L’invention présente un intérêt dans la réduction des coûts liés aux opérations de service après-vente. L’invention améliore aussi l’expérience utilisateur du conducteur à qui il est évité des visites inutiles chez son garagiste.
L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation particuliers qui ont été décrits ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l’invention.
Claims (7)
- Procédé de réduction d’instabilités de combustion dans un moteur thermique à essence (MT) se produisant pendant une chauffe d’un système de dépollution des gaz d’échappement (GDS) dudit moteur thermique (MT), ladite chauffe étant obtenue à partir d’une dégradation (AD1) de l’avance à l’allumage dudit moteur thermique (MT), ledit moteur thermique (MT) faisant l’objet d’une surveillance (M2) incluant un comptage (CR, NR) desdites instabilités de combustion (RA) et une première comparaison (B3) dudit comptage d’instabilités de combustion (NR) à un premier seuil de nombre d’instabilités de combustion (TH1), et un dépassement dudit premier seuil de nombre d’instabilités de combustion (TH1) par ledit comptage d’instabilités de combustion (NR) déclenchant un premier signalement d’anomalie (ODB1, MIL), caractérisé en ce qu’il comprend une deuxième comparaison (B5) dudit comptage d’instabilités de combustion (NR) à un deuxième seuil de nombre d’instabilités de combustion (TH2), ledit deuxième seuil de nombre d’instabilités de combustion (TH2) étant inférieur audit deuxième seuil de nombre d’instabilités de combustion (TH1), et une réduction (RGA, AD2) de ladite dégradation de l’avance à l’allumage dudit moteur thermique (MT) lorsque ledit comptage d’instabilités de combustion (NR) atteint ledit deuxième seuil de nombre d’instabilités de combustion (TH2).
- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit deuxième seuil de nombre d’instabilités de combustion (TH2) est calibré pour une réduction (MGA, AD2) desdites instabilités de combustion (RA) pendant une chauffe d’un catalyseur d’oxydation (OC) compris dans ledit système de dépollution des gaz d’échappement (GDS).
- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit deuxième seuil de nombre d’instabilités de combustion (TH2) est calibré pour une réduction (MGA, AD2) desdites instabilités de combustion (RA) pendant une régénération active d’un filtre à particules (GPF) compris dans ledit système de dépollution des gaz d’échappement (GDS).
- Procédé selon l’une quelconque desdites revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comprend également un deuxième signalement d’anomalie (ODB2) lorsque ledit comptage d’instabilités de combustion (NR) atteint ledit deuxième seuil de nombre d’instabilités de combustion (TH2).
- Calculateur comprenant une mémoire (MEM) stockant des instructions de programme pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.
- Calculateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit calculateur est un calculateur de contrôle moteur (CMM) d’un véhicule dans lequel est compris ledit moteur thermique (MT).
- Véhicule équipé d’un moteur thermique à essence (MT), caractérisé en ce qu’il comprend un calculateur (CMM) selon la revendication 5 ou 6.
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