WO2011051618A1 - Systeme et procede de commande du circuit de refroidissement d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Systeme et procede de commande du circuit de refroidissement d'un moteur a combustion interne Download PDF

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WO2011051618A1
WO2011051618A1 PCT/FR2010/052297 FR2010052297W WO2011051618A1 WO 2011051618 A1 WO2011051618 A1 WO 2011051618A1 FR 2010052297 W FR2010052297 W FR 2010052297W WO 2011051618 A1 WO2011051618 A1 WO 2011051618A1
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combustion engine
internal combustion
thermal state
characteristic
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PCT/FR2010/052297
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Guy-Michel Cloarec
Antoine Saint-Marcoux
Original Assignee
Renault S.A.S.
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Definitions

  • the technical field of the invention is the thermal management of an internal combustion engine, and more particularly the management of the cooling system as a function of the temperature of the internal combustion engine.
  • the invention makes it possible to improve the thermal management of the engine by the use of observers, especially in a context of discontinuity in the flow of the coolant.
  • the fuel consumption and pollutant production of an internal combustion engine is influenced by its operating temperature.
  • it is important to control the temperature of an internal combustion engine so that it is at an optimum level during operation, especially during start-up.
  • the temperature thus measured is not representative of the temperature inside. of the motor.
  • a cooling branch passes through a radiator for lowering the temperature of the heat transfer fluid contained in the cooling circuit.
  • a branch of derivation presents only a passive heat exchanger, type heater, limiting the cooling of the liquid.
  • French patent application FR 2 908 458 describes several variants of the cooling branch and of your branch branch. This document notably describes how to limit or cut the circulation of the heat transfer fluid in the cooling branch, in particular to rapidly raise the temperature of an initially cold internal combustion engine.
  • the means to achieve such an operation is either a thermostatic valve, an electric valve controlled by control means "per se a pump driven on command. However “the control means are such lawful.
  • the French patent application FR 2 912 183 describes a control device of an internal combustion engine comprising means for determining the temperature of the exhaust gas taking into account the quality of the fuel used.
  • US patent application US 2004/0128059 discloses a method for correcting the accuracy of the oil temperature measurement according to the operating phases of the internal combustion engine.
  • the French patent application FR 2 869 355 describes a management of the temperature of the heat transfer fluid to improve the consumption, especially during cold starts.
  • the temperature of the heat transfer fluid at the outlet of the engine does not allow a sufficiently precise characterization of the thermal state of the engine so as to ensure the thermal safety of the most fragile parts, such as inter-cylinders, however, the thermal characterization of these parts is difficult to achieve during operation of the vehicle.
  • the French patent application FR 2 869 355 proposes a predictive model making it possible to evaluate the specific value or values of the thermal state of the engine.
  • the parameters measured may be the engine rotation speed, the engine load, and the flow rate or temperature of the heat transfer fluid entering the engine.
  • the predictive model is based on the principle that there is an unobstructed flow through the main circuit and that the engine inlet temperature is available at all times.
  • these specific areas are the water core cylinder in the vicinity of the combustion chamber and the intersoupape bridge.
  • the measured temperature is not representative of the temperature inside the engine, let alone , that of the specific area of interest of the engine.
  • the temperature sensor is located inside the cylinder head, it may be desirable to take this measurement into account in order to more precisely estimate the temperature of the specific zone of the engine.
  • the object of the invention is a control device for a cooling circuit of an internal combustion engine capable of determining the temperature of a specific zone of the engine at 4
  • Another object of the invention is a method of controlling a cooling circuit of an internal combustion engine for determining the temperature of a specific area of the internal combustion engine when the flow of the coolant through said internal combustion engine is zero.
  • a control method is defined, during a cold start, of a heat transfer fluid cooling circuit of an internal combustion engine fitted to a motor vehicle, the cooling circuit being provided with downstream of the internal combustion engine of a flow cutoff means adapted to establish a discontinuity of the heat transfer fluid flow initially in a non-conducting position.
  • the control method comprises steps in which:
  • a temperature characteristic of the thermal state of a specific zone of the internal combustion engine is determined by applying a model as a function of the temperature inside the internal combustion engine
  • the switching means 5 of the flow rate are switched to a conducting position if the temperature characteristic of the thermal state of the specific zone of the internal combustion engine is greater than a limited temperature.
  • the characteristic temperature of the thermal state of the specific zone of the internal combustion engine can be determined by application of a second model.
  • the second model can be an autoregressive moving average model. 5
  • the specific zone whose characteristic temperature is determined can be the coolant at the cylinder head.
  • the specific zone whose characteristic temperature is determined can be the coolant in the vicinity of the combustion chamber.
  • the specific zone whose characteristic temperature is determined can be the intersonpape bridge.
  • the control step of the flow control means can be overridden as a function of the temperature of the specific zone.
  • a control system for a cooling fluid cooling circuit of an internal combustion engine equipping a motor vehicle comprising an electronic control unit capable of switching a means for shutting down the flow of said cooling circuit located downstream of the internal combustion engine.
  • the electronic control unit is able to determine a temperature characteristic of the thermal state of a specific zone of the internal combustion engine by application of a model, able to compare the temperature characteristic of the thermal state of the specific zone. of the internal combustion engine at a limit temperature and able to switch the means for shutting off the flow rate in a running position as a function of the temperature characteristic of the specific zone of the thermal state of the internal combustion engine and of the limit temperature.
  • the electronic control unit may comprise comparison means able to compare the characteristic temperature of the thermal state of the specific zone of the internal combustion engine with the limit temperature, the electronic control unit etan able to emit a signal of controlling the flow cut-off means according to the result of the comparison.
  • the control system may include a determining means adapted to apply a first model to determine 6
  • the control system may comprise a temperature sensor located inside the internal combustion engine capable of determining the temperature of the internal combustion engine.
  • the temperature sensor can be located in the cylinder head.
  • the control system may comprise a determination means able to determine the temperature characteristic of the thermal state of the internal combustion engine by applying a second model.
  • the flow cutoff means may be a drive means of the pump adapted to drive said pump on command.
  • the shutdown naoyen may be a valve placed at the output of the engine.
  • the specific zone may be the heat transfer fluid at the cylinder head.
  • the specific zone may be the heat transfer fluid in the vicinity of the combustion chamber.
  • the specific area may be the mtersoupape bridge.
  • FIG. 1 illustrates the main elements included in a first embodiment of a control system of the cooling circuit of an internal combustion engine.
  • FIG. 2 illustrates the main steps of a first embodiment of a control method of the cooling circuit
  • FIG. 3 illustrates in greater detail one of the steps included in the first embodiment of a method for controlling the cooling circuit
  • FIG. 4 illustrates the main elements included in a second embodiment of a control system for the cooling circuit of an internal combustion engine
  • FIG. 5 illustrates the main steps of a second embodiment of a control method of the cooling circuit
  • FIG. 6 illustrates in greater detail one of the steps included in the second embodiment of a method for controlling the cooling circuit.
  • Figure 1 illustrates a first embodiment of a control system of the cooling circuit of an internal combustion engine.
  • an internal combustion engine l provided with a cooling circuit comprising a main circuit 2 and a secondary circuit 3.
  • the main cooling circuit 2 comprises a means 5 for shutting off the flow connected by its inlet to the internal combustion engine 1 via a pipe 4 and its outlet to a main radiator 7 via a pipe 6.
  • the main radiator 7 is connected to the input of a pump 10 via a pipe 8, the outlet of said pump 10 being connected to the internal combustion engine 1 by an IL line
  • the secondary circuit 3 essentially comprises a heater 18.
  • An inlet pipe 17 is stitched between the flow cutoff means S and the internal combustion engine 1, and is connected to the heat exchanger 18.
  • An outlet pipe 19 is stitched in on the main radiator 7 and the pump 10, and is connected to the heater 18.
  • a temperature sensor 9 is located in the internal combustion engine, upstream of the flow cut-off means 5.
  • the temperature sensor 9 is able to determine the temperature prevailing in the internal combustion engine.
  • the temperature sensor 9 is located inside the water core of the cylinder head. The location of this sensor makes it possible to characterize the gradual rise in the temperature of the heat transfer fluid during the starting of the vehicle. 8
  • the control system comprises an electronic control unit 26 comprising a means for determining the thermal state of the motor connected by a connection 22 to a comparison means 23.
  • the temperature sensor 9 situated at the level of the core water from the cylinder head is connected by the connection 20 to the determination means 21.
  • the water core of the cylinder head is the set of chambers in the cylinder head and designed to allow the circulation of coolant
  • a control means 27 of the motor is connected by the connection 28 to the determining means 21.
  • the comparison means 23 is connected by the connection 25 to the breaking means 5 of the flow.
  • the operation is described below in the case of a zero flow of the coolant.
  • the flow of the coolant can be zero especially during a first heating or during a second heating.
  • a first heater is defined as the rise in temperature following a first start, when the engine is at a temperature equal to or substantially equal to the ambient temperature.
  • a second heater is defined as the rise in temperature following a moderate drop in the temperature of the internal combustion engine, for example, following a brief shutdown of the internal combustion engine.
  • a discontinuity of the cooling liquid appears during sudden changes in the flow rate and results in the appearance of abrupt thermal transitions.
  • the flow rate can suddenly change from a large flow rate to a zero flow rate and vice versa.
  • Controlled discontinuity means the cases of the first heating and the second heating.
  • ordered discontinuities also include the case of an alternation of circulations and 9
  • fortuitous discontinuities include failures of an organ involved in the operation of the cooling circuit of the internal combustion engine.
  • the temperature can then be determined in spite of the absence of circulation of the heat transfer fluid, and provide more precise information on the state of possible damage of the internal combustion engine,
  • the control system is intended to determine a characteristic temperature of a specific area of the engine and then compare it to a limiting temperature to determine whether the flow cut-off means should be switched to the driving position.
  • the thermal state of the engine is determined, that is to say the distribution of heat inside the engine and more particularly in at least one specific area corresponding to critical locations for the reliability of said engine.
  • the intersopepope bridge represents areas of low resistance in the cylinder head. More particularly, it is called jumper intersoupapes the material areas of the cylinder head between two adjacent openings.
  • the openings of the cylinder head are the openings made in particular for the valves, but also for the injector and the spark plug.
  • the control of the internal combustion engine 1 is achieved by the cooperation of the determining means 21 and the comparison means 23. These means apply a first statistical model to data received from a control means 2? of the motor.
  • the control means 27 provides the electronic control unit 26 with data including, in particular, the rotational speed of the internal combustion engine, the load of the internal combustion engine, the quantity of fuel injected, and / or the flow rate of the fuel. air. L ? electronic control unit 26 also receives data relating to the temperature of the coolant determined at the cylinder head, from the temperature sensor 9.
  • a zero flow of the coolant implies that the breaking means S of the flow is in a non-conducting position.
  • the heat transfer fluid included in the main circuit 2 does not circulate in the internal combustion engine I.
  • the heat transfer fluid contained in the portion of the cooling circuit passing through the internal combustion engine 1 can flow through the secondary circuit 3 under the action of the pump 10. A major part of the heat generated by the operation of the internal combustion engine is communicated. to the coolant. However, due to the fact that the heat transfer fluid only passes through the air heater 18, a minimum amount of the heat stored in the coolant is dispersed. The temperature of the heat transfer fluid then increases rapidly.
  • An alternative for cutting the circulation of the heat transfer fluid may be to stop the operation of a pump 10. For this it can either disengage the pump 10, or directly control the shutdown of its operation.
  • the electronic control unit 26 then controls the flow cut-off 5 so that the increase in the temperature of the internal combustion engine is slowed down and stopped in the vicinity of a temperature threshold.
  • the electronic control unit 26 may optionally control the pump 10.
  • the opening of the flow cutoff means 5 has the effect of circulating the coolant contained in the main circuit 2 and being at a temperature below the temperature of the internal combustion engine.
  • a part of the heat transfer fluid from the output of the cooling circuit included in the internal combustion engine is directed into the main circuit 2 where it is cooled in the main radiator 7. From this moment, the cooling circuit is controlled in a conventional manner to maintain the internal combustion engine at the desired temperature.
  • Figure 2 illustrates the method of controlling the cooling circuit. This control method is applied during the start of the internal combustion engine.
  • the engine temperature is close to the ambient temperature and the flow cutoff means S is in a non-conducting position.
  • the control process begins with step 29 in which the operating conditions of the internal combustion engine are determined. In particular, the rotational speed, the engine torque and the injected fuel flow rate are determined. Furthermore, in step 30, the temperature of the coolant inside the internal combustion engine is determined, more particularly at the level of the cylinder head.
  • step 31 a temperature characterizing the thermal state of a specific zone of the engine is determined by application of a first model.
  • step 32 it is determined whether the temperature characterizing the thermal state of the specific zone of the motor is greater than a stored threshold temperature. If the result is true, the process is continued at step 34 during which the flow cutoff means 5 is switched. Otherwise, the process is carried out in step 35 during which the flow-off means 5 is held in the non-conducting position. The process then recommences with steps 29 and 30.
  • FIG. 3 illustrates in greater detail step 31 illustrated in FIG. 2.
  • step 36 several occurrences of the operating conditions of the internal combustion engine determined during step 29 previously described are stored. These occurrences are determined in succession, each being spaced from the next of a given duration.
  • the time between two occurrences is related to the acquisition rate of the sensor and the processing capabilities of the system. Generally speaking, a time between two occurrences will be considered small compared to the total duration of the temperature rise phenomenon of the internal combustion engine. For example, a measurement speed of between one measurement every two hundred milliseconds and one measurement per second will be considered.
  • the number of stored occurrences is between five and three hundred occurrences, preferably between five and thirty occurrences.
  • the number of occurrences and the duration of acquisition are related by the speed of acquisition of the sensor.
  • the duration of acquisition of the occurrences must be short compared to the duration characterizing the evolution of the temperature of the internal combustion engine to avoid hiding said evolution by an effect of average.
  • the acquisition time is thus between one second and one minute, preferably between one second and thirty seconds.
  • step 37 several occurrences of the temperature measurement performed in step 30 are stored.
  • the acquisition speed, the number of occurrences or the acquisition duration characterizing these measurements are the same as those characterizing the acquisition made in step 36.
  • step 38 the characteristic temperature of the thermal state of the specific zone of the internal combustion engine is determined as a function of the occurrences stored during steps 37 and 38. The method then proceeds to step 32 as illustrated. in Figure 2 and as previously described.
  • the temperature characterizing the thermal state of the specific area of the engine T M __bWi is determined by a statistical model based on the variables provided by the control means 27 of the motor and by the temperature sensor 9 located in the internal combustion engine
  • Different models can be used as linear models, quadratic, kriging, lolimot, autoregressive (AR), moving average (MA) or autoregressive moving average (ARMA).
  • a moving average model can be used to determine the temperature characterizing the thermal state of the specific area of the engine T ss w "i * as a function, for example, of the speed of rotation, the load, the amount of fuel injected, and the speed of the vehicle.
  • the temperature of the coolant determined at the cylinder head is considered as one of these variables.
  • Other parameters can also be integrated.
  • a (k) is a regressor
  • x (a-k) corresponds to the different variables of the electronic control unit
  • o is the number of occurrences on which the average is made.
  • the variables of the electronic control unit include the rotation speed of the internal combustion engine, the speed of the vehicle and the load of the engine.
  • the regressor corresponding to each of these variables is determined in the form of a cartography resulting from a test campaign.
  • the control system and method is for controlling the cooling of an internal combustion engine when the coolant flow rate is zero. Under such conditions, equation 1 shows that it is possible to determine the temperature characterizing the thermal state of the engine specific area T i , i i directly at the end of an acquisition period.
  • FIG. 4 A second embodiment is illustrated in FIG. 4.
  • the similar elements of FIG. 1 and FIG. 4 bear the same references.
  • the temperature sensor 9 is either absent or placed from a non-optimal way not allowing to account for the gradual rise in temperature of the coolant in the internal combustion engine. In both cases, the data provided by the temperature sensor 9 are not reliable and are therefore not used to model the thermal state of the specific area of the engine. The temperature sensor 9 is therefore not shown in FIG.
  • the characteristic temperature of the thermal state of the engine specific zone is calculated by applying a second model.
  • the second model is a statistical model to characterize the phenomenon of gradual rise in engine temperature.
  • the evolution of the temperature of the material of the engine block around the combustion chamber is determined.
  • the material forming the engine block is in thermal equilibrium between the gaseous environment and the engine specific zone corresponding to the thermal state that is to be modeled.
  • material is meant all non-gaseous material capable of transmitting heat.
  • the first term is a convective thermal exchange term that allows to characterize the heat exchange between the material and the gaseous environment, typically the atmosphere present under the hood of the engine.
  • K the coefficient of thermal losses of the material
  • T-Mat represents the temperature of the material
  • the second term is a term of thermal exchange by conduction which allows to characterize the thermal exchanges between the Specific area of the engine corresponding to the thermal state T sS But that one seeks to model and the material, typically the engine block surrounding the specific area.
  • a represents the coefficient of thermal conduction of the material
  • T bias represents the temperature characterizing the thermal state of the specific area of the engine.
  • C p _ May represents the heat capacity of the material.
  • a second step the evolution of the temperature characterizing the thermal state of the specific area of the engine is calculated.
  • the specific area of the engine corresponding to the thermal state that is to be modeled is in thermal equilibrium between the heat conveyed by the material and the heat generated by the combustion- It is recalled that Von is in a situation of zero flow of the heat transfer fluid.
  • the balance between the specific area of the motor corresponding to thermal PETAT that Ton seeks to model and the material is also governed here by the term conduction Conduction Ech ⁇ defined above.
  • the heat generated by the combustion cowbustio is determined by a statistical model according to the variables provided by the control means 27 of the engine.
  • Different models can be used such as linear, quadratic, kriging, lolimot, AR, MA or ARMA models.
  • x (n-k) represents the different variables available in the electronic control unit
  • Ko represents the number of occurrences on which the average is achieved.
  • variables of the electronic control unit include the rotation speed of the internal combustion engine, the speed of the vehicle and the load of the engine.
  • the regresscur corresponding to each of these variables is determined in the form of a cartography resulting from a test campaign.
  • the temperature characterizing the thermal state of the motor is then defined by the following equation.
  • C pjenw represents the heat capacity of the specific area of the engine corresponding to the thermal state that is to be modeled.
  • the thermal state of the system is governed by a system of coupled differential equations.
  • the resplution of this type of equation goes through an iterative resolution
  • the equation system will be initialized using the instantaneous value of the ambient temperature as value of the temperature of the material T MA ⁇ and the temperature T 8 »J, ISIS characterizing the thermal state of the specific area of the engine.
  • the system and the sound control method for controlling the thermal evolution of an internal combustion engine I and the cooling system of such an engine when the coolant flow is zero.
  • the internal combustion engine and the environment are at the same temperature, during the first moments of startup. So there is no convection, the atmosphere and the engine being at the same temperature. There is also no conduction, the thermal energy generated by combustion has not begun to spread.
  • the equation system will be initialized using the instantaneous value of the temperature measured by a temperature sensor located in the ambient internal combustion engine as a value of the temperature of the material T mat and the temperature T ss b characterizing the thermal state of the specific area of the engine,
  • the internal combustion engine has a residual temperature from the previous period of operation. Due to the thermal inertia of the various elements of the internal combustion engine, it can be estimated that all the elements of the internal combustion engine are at the same temperature, which temperature can be measured by a sensor located in the internal combustion engine.
  • Fig. 5 illustrates the control method according to the second embodiment.
  • the control method starts with step 39 during which the operating conditions of the internal combustion engine i are determined. In particular, the rotational speed, the engine torque and the injected fuel flow rate are determined.
  • the method is continued in step 40 during which a temperature characterizing the thermal state of the specific zone of the engine is determined.
  • step 40 the temperature of the environment is taken into account.
  • step 41 it is determined whether the temperature characterizing the thermal state of the engine specific zone is greater than a stored threshold temperature. If the result is true, the process continues in step 42 during which the switching means S is switched from the flow rate to the traveling position. Otherwise, the method is continued in step 43 during which the breaking means S of the flow rate is maintained in a non-conducting position.
  • the process starts again at step 39,
  • FIG. 6 illustrates in greater detail step 40 illustrated in FIG. 5. Step 40 makes it possible to determine the temperature characteristic of the thermal state of the specific zone of the motor at iteration n.
  • step 44 the thermic exchange is determined by evoking the iteration n as a function of the material temperature at the iteration n-1 and the temperature of the environment at the iteration n-1 .
  • the equation (Eq.2) is applied.
  • step 45 the material temperature is determined at the iteration n as a function of the thermal exchange by conversion at the iteration n and the heat exchange-by conduction at the iteration n. For this, the equation (Eq.4) is applied.
  • step 46 the conductive heat exchange is determined at time n as a function of the material temperature at time n-1 and as a function of the temperature characteristic of the thermal state of the specific zone of the engine at the moment n-1. For this, the equation (Eq.3) is applied,
  • step 47 several occurrences of the operating conditions of the internal combustion engine determined during step 39 previously deerite are memorized. These occurrences are determined e # succession, each being spaced from the next of a given duration. The values characterizing these measurements are the same as those defined in the description of step 36 of the first embodiment.
  • the heat generated by the combustion is also determined.
  • the heat generated by the combustion is determined as a function of the stored occurrences.
  • Two determinations t energy released during combustion are spaced in time by a duration at least equal to the duration of acquisition, the acquisition time is equal to the number of occurrences * multiplied by the duration between two measurements.
  • the energy released during combustion is determined with a period at least equal to the acquisition time.
  • the heat generated by the combustion is determined by the applicatio of the equation (Eq.5).
  • step 48 the temperature characterizing the thermal state of the engine specific zone at time n is determined as a function of the heat generated by the combustion at time n and as a function of the heat exchange by conduction at iteration n. For this, the equation (Eq.6) is applied,
  • a value equal to the temperature of the environment or a value equal to the last known value of the temperature characteristic of the thermal state of the zone will be considered as initialization value. specific engine.
  • the system and the control method of the cooling system of an internal combustion engine make it possible to accurately determine the temperature of the specific zone of the engine corresponding to the thermal state that is to be modeled.
  • the cooling system can be controlled so that the temperature of the internal combustion engine increases rapidly during a first start without compromising the safety of said engine.
  • Such a control advantageously makes it possible to quickly bring the internal combustion engine to a temperature at which its fuel consumption is reduced. and pollutant emissions from unburned hydrocarbons are reduced.

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Abstract

Procédé de commande, lors d'un démarrage à froid, d'un circuit de refroidissement par fluide caloporteur d'un moteur à combustion interne (1) équipant un véhicule automobile, 1e circuit de refroidissement étant mufti en aval du moteur à combustion interne (1) d'un moyen de coupure (5) du débit apte à établir une discontinuité du débit du fluide caloporteur initialement dans une position non passante, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes au cours desquelles : on détermine une température caractéristique de l 'état thermiqueυe d'une zone spécifique du moteur à combustion interne par application d'un modèle en fonction de la température à l'intérieur du moteur à combustion interne; et on commute le moyen de coupure (5) du débit dans une position passante si la température caractéristique de l'état thermique de la zone spécifique du moteur à combustion interne est supérieure à une température limite.

Description

Système et procédé de commande du circuit de refroidissemen d'un moteur à combustion interne
L'invention a pour domaine technique la gestion thermique d'un moteur à combustion interne, et plus particulièrement la gestion du système de refroidissement en fonction de la température du moteur à combustion interne.
L'invention permet une amélioration de la gestion thermique du moteur par l'utilisation d'observateurs, notamment dans un contexte de discontinuité du débit du fluide caloporteur.
La consommation de carburant et la production de polluants d'un moteur à combustion interne sont influencées par sa température de fonctionnement. Afin de produire des véhicules présentant une consommation en carburation réduite, il est important de réguler la température d'un moteur à combustion interne de façon qu'elle soit à un niveau optimal pendant le fonctionnement, notammen pendant le démarrage.
C'est la raison pour laquelle il est d'usage de positionner le capteur de température à l'intérieur du circuit de refroidissement traversant La culasse. Si ce capteur est en plus positionné à V intérieur de la culasse, il fournit alors une mesure pertinente de la température à l'intérieur du moteur à combustion interne, y compris pendant une phase au cours de laquelle on couperait le débit du liquide de refroidissement.
Si, à l'inverse, le capteur n'est pas positionné à l'intérieur de la culasse, pendant une phase de débit nui du liquide de refroidissement, la température ainsi mesurée n'est alors pas représentative de la température à l'intérieur du moteur.
Par ailleurs, il es connu d'utiliser un circuit de refroidissement contenant deux branches. Une branche de refroidissement passe par un radiateur permettant d'abaisser la température du fluide caloporteur contenu dans le circuit de refroidissement. Une branché de dérivation ne présente qu'un échangeur passif, de type aérotherme, limitant le refroidissement du liquide.
La demande de brevet français FR 2 908 458 décrit plusieurs variantes de la branche de refroidissement et de ta branche de dérivation. Ce document décrit notamment comment limiter ou couper la circulation du fluide caîoporteur dans la branche de refroidissement, notamment pour élever rapidement la température d'un moteur à combustion interne initialement froid. Le moyen permettant d'arriver â un tel fonctionnement est soit une vanne thermostatique, soit une vanne électrique pilotée par des moyens de commande» soi une pompe entraînée sur commande. Cependant» les moyens de commande ne sont pas ex licités.
La demande de brevet français FR 2 912 183 décrit un dispositif de commande d'un moteur à combustion interne comprenant des moyens de détermination de la température des gaz d'échappement prenant en compte la qualité du carburant utilisé.
La demande de brevet américain US 2004/0128059 décrit un procédé permettant de corriger la précision de la mesure de température de l'huile selon tes phases de fonctionnement du moteur à combustion interne.
Là démande internationale de brevet WO 2008/085400 décrit un moyen de commandé apte à commander te système de refroidissement d'un moteur à combustion interne de façon que la température dudit moteur soit inférieure à une valeur donnée, le moyen de commande étant par ailleurs apte à déclencher un arrêt automatique.
La demande de brevet français FR 2 869 355 décrit une gestion de la température du fluide caîoporteur permettant d'améliorer la consommation, notamment lors des démarrages à froid. La température du fluide caîoporteur en sortie du moteur ne permet pas de caractériser de façon suffisamment précise l'état thermique du moteur de façon â assurer la sécurité thermique des pièces les plus fragiles, telle que l'inter-eylindres, Cependant, la caractérisatio thermique de ces pièces est difficilement réalisable lors du fonctionnement du véhicule. La demande de brevet français FR 2 869 355 propose un modèle prédictif permettant d'évaluer la ou les valeurs spécifiques de l'état thermique du moteur. Les paramètres mesurés peuvent être la vitesse de rotation du moteur, la charge du moteur, et le débit ou la température du fluide caloporteur qui entre dans le moteur. Le modèle prédictif repose sur le principe qu'il existe un débit non nui à travers le circuit principal et que l'on dispose, à chaque instant, de la température en entrée du moteur.
Lors d'un débit nul du fluide caloporteur d'un moteur à combustion interne initialement froid, la température augmente rapidement et permet d'atteindre plus rapidement la plage de température optimale. La quantité d'hydrocarbures imbrûlés émisé est alors réduite.
Toutefois, il est nécessaire de s'assurer que la température de certaines zones spécifiques du moteur reste limitée pour des raisons de fiabilité. En pratique, ces zones spécifiques sont le noyau d'eau culasse au voisinage de la chambre de combustion et le pontet intersoupape.
Lors d'une phase de débit nul du fluide caloporteur, pour une architecture où le capteur de température est situé à l'extérieur de la culasse, la température mesurée n'est pas représentative de la température à l'intérieur du moteur, a fortiori, de celle de la zone spécifique d'intérêt du moteur.
Dans une architecture oit le capteur de température est situé à l'intérieur de la culasse, On peut souhaiter prendre en compte cette mesure afin d'estimer plus précisément la température de la zone spécifique du moteur.
Il existe donc un besoin pour un dispositif et un procédé de commande du circuit dé refroidissement d'un moteur à combustion interne qui ne dépende pas d'une mesure de température du fluide caloporteur pour estimer l'état thermique dudit moteur,
L'objet de l 'invention est un dispositi de commande d'un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne apte à déterminer la température d'une zone spécifique du moteur à 4
combustion interne lorsque le débit du liquide de refroidissement à travers ledit moteur à combustion interne est nul.
Un autre objet de l'invention est un procédé de commande d'un eircuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne permettant de déterminer la température: d'une zone spécifique du moteur à combustion interne lorsque le débit du liquide de refroidissement à travers ledit moteur à combustion interne est nul.
Selon un aspect de l'invention, on définit un procédé de commande, lors d'un démarrage à froid, d'un circuit de refroidissement par fluide caloporteur d'un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile, le circuit de refroidissement étant muni en aval du moteur à combustion interne d'un moyen de coupure du débit apte à établir une discontinuité du débit du fluide caloporteur initialement dans une position non passante. Le procédé de commande comprend des étapes au cours desquelles :
- on détermine une température caractéristique de l'état thermique d'une zone spécifique du moteur à combustion interne par application d'un modèle en fonction de la température à l'intérieur du moteur à combustion interne, et
- on commute le moyen de coupure 5 du débit dans une position passante si la température caractéristique de l'état thermique de la zone spécifique du moteur à combustion interne est supérieure à une température limité.
O peut déterminer la température à l'intérieur du moteur à combustion interne par mesure, et on peu déterminer une température caractéristique de l'état thermique de la zone spécifique du moteu à combustion interne par application d'un premier modèle en fonction de la température à l'intérieur du moteur à combustion interne.
On peut détermine la température caractéristique de l'état thermique de la zone spécifique du moteur à combustion interne par application d'un deuxième modèle.
Le deuxième modèle peut être un modèle autorégressif à moyenne mobile. 5
La zone spécifique dont ôn détermine la température caractéristique peut être le fluide caloporteur au niveau de la culasse.
La zone spécifique dont on détermine la température caractéristique peut être le fluide caloporteur au voisinage de la chambre de combustion.
La zone spécifique dont on détermine la température caractéristique peut être le pontet intersonpape.
On peut outrepasser l'étape de commande du moyen de régulation du débit en fonction de la température de la zone spécifique.
Selon uû autre aspect de l'invention, on définit un système de commande d'un circuit de refroidissement par fluide caloporteur d'un moteur â combustion interne équipant un véhicule automobile, le système de commande comprenant une unité de commande électronique apte à commuter un moyen de coupure du débit dudit circuit de refroidissement situé en aval du moteur à combustion interne.
L'unité de commande électronique est apte à déterminer une température caractéristique de l'état thermique d'une zone spécifique du moteur à combustion interne par application d'un modèle, apte à comparer la température caractéristique de l'état thermique de la zone spécifique du moteur à combustion interne à une température limite et apte à commuter le moyen de coupure du débit dans une position passante en fonction e ta température caractéristique de la zone spécifique de l'état thermique du moteur à combustion interne et de la température limite.
L'unité de commande électronique peut comprendre un moyen de comparaison apte à comparer la température caractéristique de l'état thermique de la zone spécifique du moteur à combustion interne â la température limite, l'unité de commande électronique étan apte à émettre un signal de commande du moyen de coupure du débit en fonction du résultat de l comparaison.
Le système de commande peut comprendre un moyen de détermination apte à appliquer un premier modèle afin de déterminer 6
la température caractéristique de l'état thermique de la zone spécifique du moteur à combustion interne en fonction de la température du moteur à combustion interne.
Le système de commande peut comprendre un capteur de température situé à l'intérieur du moteur à combustion interne apte à déterminer la température du moteur à combustion interne.
Le capteur de température peut être situé dans la culasse.
Le système de commande peut comprendre un moyen de détermination apte à déterminer la température caractéristique de l'état thermique du moteur à combustion interne en appliquant un deuxième modèle.
Le moyen de coupure du débit peut être un moyen d'entraînement de la pompe apte à entraîner ladite pompe sur commande.
Le naoyen de coupure du débit peut être une vanne placée en sortie du moteur.
La zone spécifique peut être le fluide caloporteur au niveau de la culasse.
La zone spécifique peut être te fluide caloporteur au voisinage de la chambre de combustion.
La zone spécifique peut être le pontet mtersoupape.
D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée uniquement en tant qu'exemple non limitatif et faite en référence au dessins annexés sur lesquels :
-la figure 1 illustre les principaux éléments compris dans un premier mode de réalisation d'un système de commande du circuit de refroidissemen d'un moteur â combustion interne
-la figure 2 illustre les principales étapes d'un premier mode de réalisation d'un procédé de commande du circuit de refroidissement ;
-la figure 3 illustre plus en détail une des étapes comprises dans le premier mode de réalisation d'un procédé de commande du circuit de refroidissement ; 7
-la figure 4 Illustre les principaux éléments compris dans un deuxième mode de réalisation d'un système de commande du circuit de refroidissement d'un moteu à combustion interne ;
-la figuré 5 illustre les principales étapes d'un deuxième mode de réalisation d'un procédé de commandé du circuit de refroidissement ; et
-la figure 6 illustre plus en détail une des étapes comprises dans le deuxième mode de réalisation d'un procédé de commande du circuit de refroidissement.
La figure 1 illustré un premier mode de réalisation d'un système de commande du circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne. On peut voir un moteur à combustion interne l muni d'un circuit de refroidissement comprenant un circuit principal 2 et un circuit secondaire 3.
Le circuit principal 2 de refroidissement comprend un moyen de coupure 5 du débit relié par son entrée au moteur à combustion interne 1 par une conduite 4 et par sa sortie à un radiateur principal 7 par une conduite 6. Le radiateur principal 7 est relié à l'entrée d'une pompe 10 par une conduite 8, la sortie de ladite pompe 10 étant reliée au moteur à combustion interne 1 par une conduite I L
Le circuit secondaire 3 comprend essentiellement un aérotherme 18. Une conduite d'entrée 17 est piquée entre le moyen de coupure S du débit et le moteu à combustio interne l , et est reliée a Paérotherme 18. Une conduite de sortie 19 est piquée entré le radiateur principal 7 et la pompe 10, et est reliée à l'aérotherme 18.
Un capteur de température 9 est situé dans le moteur à combustion interne, en amont du moyen de coupure 5 du débit. Le capteur de température 9 est apte à déterminer la température régnant dans le moteur à combustion interne. Selon un mode de réalisation préféré, le capteur de température 9 est situé à l'intérieur du noyau d'eau de la culasse. La localisation de ce capteur permet de caractériser l 'élévation progressive de la température du fluide caloportcur lors du démarrage du véhicule. 8
Le sys ème de commande comprend une unité de commande électronique 26 comprenant un moyen de détermination≥î de l'état thermique du moteur relié par une connexion 22 à un moyen de comparaison 23. Le capteur de température 9 situé au niveau du noyau d'eau de la culasse est relié par la connexion 20 au moyen de détermination 21.
On appelle noyau d'eau de la culasse l'ensemble des chambres ménagées dans la culasse et conçues pour permettre la circulation du liquide de refroidissement,
De même, un moyen de contrôle 27 du moteur est relié par la connexion 28 au moyen de détermination 21.
En sortie, le moyen de comparaison 23 est relié par la connexion 25 au moyen de coupure 5 du débit.
Le fonctionnement est décrit ci-après dans le cas d*un débit nul du fluide caloporteur. Le débit du fluide caloporteur peut être nul notamment lors d'une première chauffe ou lors d'une deuxième chauffe.
Une première chauffe est définie comme l'élévation de température consécutive à un premier démarrage, lorsque le moteur est à une température égale ou sensiblement égale à la température ambiante.
Une deuxième chauffe est définie comme l'élévation de température consécutive à une chute modérée de la température du moteur à combustion interne, par exemple, suite â un arrêt bref du moteur h combustion interne.
Une discontinuité du liquide de refroidissement apparaît lors de variations brutales du débit et se traduit par l'apparition de brusques transitions thermiques. En d'autres termes, le débit peut passer brusquement d'un débit important à un débit nul et réciproquement.
Une telle discontinuité peut être commandée, ou fortuite. Par discontinuité commandée, on entend les cas de la première chauffe et de la deuxième chauffe. Cependant, les discontinuités commandées comprennent également le cas d'une alternance de circulations et 9
d'arrêt de circulation du fluide caloporteur destinée à régaler la température du fluide caloporteur.
Par opposition, les discontinuités fortuites comprennent les cas de pannes d'un organe impliqué dans le fonctionnement du circuit de refroidissement du moteur à combustion interne. La température peut alors être déterminée malgré l'absence de circulation du fluide caloporteur, et renseigner de façon plus précise sur l'état d'endommagement éventuel du moteur à combustion interne,
Le système de commande a pour but dé déterminer une température caractéristique d'une zone spécifique du moteur, puis de la comparer à une température limite afin de déterminer si le moyen de coupure 5 du débit doit être commuté en position passante. Pour cela, on détermine l'état thermique du moteur, c'est-à-dire la répartition de la chaleur à l'intérieur du moteur et plus particulièrement dans au moins une zone spécifique correspondant aux endroits critiques pour la fiabilité dudit moteur. On s'intéressera plus particulièrement à la température de zones spécifiques du moteur tel que le noyau d'eau de la culasse ou le pontet intersoupapes qui représentent certains des points les plus sensibles à la température du moteur à combustion interne. Le pontet intersoupapes représente les zones de faible résistance dans la culasse. Plus particulièrement, on appelle pontet intersoupapes les zones de matière de la culasse entre deux ouvertures adjacentes. Les ouvertures de la culasse sont les ouvertures pratiquées notamment pour les soupapes, mais également pour l'înjecteur, et la bougie.
Le contrôle du moteur à combustion interne 1 est réalisé grâce à là coopération du moyen de détermination 21 et du moyen de comparaison 23. Ces moyens appliquent un premier modèle statistique à des données reçues d'un moyen de contrôle 2? du moteur.
Le moyen de contrôle 27 fournit à l'unité de commande électronique 26 des données qui comprennent notamment la vitesse de rotation du moteur à combustion interné, la charge du moteur à combustion interne, la quantité de carburant injectée, et/ou le débit d'air. L?unité de commande électronique 26 reçoit également des données relatives à la température du fluide caloporteur déterminée au niveau de la culasse, en provenance du capteur de température 9.
Un débit nul du liquide de refroidissement implique que lé moyen de coupure S du débit est dans une position non passante. Le fluide caloporteur compris dans le circuit principal 2 ne circule pas dans le moteur à combustion interne I .
Le fluide caloporteur contenu dans la portion du circuit de refroidissement traversant le moteur à combustion interne 1 peut circuler à travers le circuit secondaire 3 sous Faction dé la pompe 10. Une partie majeure de la chaleur générée par le fonctionnement du moteur à combustion interne est communiquée au fluide caloporteur. Cependant, d fait que le fluide caloporteur ne traverse que i'aérotherme 18, une quantité minimale de l chaleur emmagasinée dans le fluide caloporteur est dispersée. La température du fluide caloporteur augmente alors rapidement.
Il est également possible de placer une vanne complémentaire entre la pompe 10 et le moteur â combustion interne 1 sut la branche H, afin d'empêcher toute circulation du liquide de refroidissement dans le moteur à combustion interne. La température du moteur à combustion interne augmente alors plus rapidement que dans le mode dé réalisation précédent.
Une alternative permettant de couper la circulation du fluid caloporteur peut être d'arrêter le fonctionnement de a pompe 10. Pour cela on peut soit débrayer la pompe 10, soit commander directement Farrêt de son fonctionnement.
L'unité de commande électronique 26 commande alors le o en de coupure 5 du débit de façon que l'augmentation de la température du moteur à combustion interne soit ralentie et stoppée au voisinage d'un seuil de température. L'unité de commande électronique 26 peut éventuellement commander la pompe 10.
Ën effet, l'ouverture du moyen de coupure 5 du débit a pour effet de faire circuler le fluide caloporteur contenu dans le circuit principal 2 et se trouvant à une température inférieure à la température du moteur à combustion interne. De plus, une partie du fluide caloporteur provenant de la sortie du circuit de refroidissement compris dans le moteur à combustion interne est dirigée dans lé circuit principal 2 où elle est refroidie dans le radiateur principal 7. A partir de ce moment, le circuit de refroidissement est contrôlé de façon classique afin de mainteni le moteur à combustion interne à la température désirée.
La figure 2 illustre le procédé de commande du circuit de refroidissement. Ce procédé de commande est appliqué lors du démarrage du moteur à combustion interne, La température du moteur est voisine de la température ambiante et le moyen de coupure du débit S est dans une position non passante.
Le procédé de commandé débute par l'étape 29 au cours de laquelle on détermine les conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne. Ôn détermine notamment, la vitesse de rotation, le couple moteur et le débit de carburant injecté. Par ailleurs, on détermine à l'étape 30 la température du fluide caloporteur à l'intérieur du moteur à combustion interne, plus particulièrement au niveau de la culasse.
Le procédé se poursuit à l'étape 31 au cours de laquelle on détermine une température caractérisant l'état thermique d'une zone spécifique du moteur par application d'un premier modèle. Au cours de l'étape 32, on détermine si la température caractérisant l'état thermique de la zone spécifique du moteur est supérieure à une température de seuil mémorisée. Si le résultat est vrai, on poursuit le procédé à l'étape 34 au cours de laquelle on commute le moyen de coupure 5 du débit. Sinon, on ours i le procédé à l'étape 35 au cours de laquelle on maintien le moyen de coupure 5 du débit dans la position non passante. Le procédé recommence alors avec les étapes 29 et 30.
La figure 3 illustre plus en détail l'étape 31 illustrée sur la figure 2, Au cours de l'étape 36, on mémorise plusieurs occurrences des conditions de fonctionnenient du moteur à combustion interne déterminées lors de l'étape 29 précédemment décrite. Ces occurrences sont déterminées en succession, chacune étant espacée de la suivante d'une durée donnée. La durée entre deux occurrences est liée à la vitesse d'acquisition du capteur et ux capacités de traitement du système. D'une manière générale, on considérera une durée entre deux occurrences petite devant la durée totale du phénomène d'élévation de la température du moteur à combustion interne. On considérera par exemple une vitesse de mesure comprise entre une mesure chaque deux cents millisecondes e une mesure par seconde.
Le nombre d'occurrences mémorisées est compris entre cinq et trois cents occurrences, de préférence entre cinq et trente occurrences.
On peut également définir une durée d - acquisition. Le nombre d'occurrences et la durée d'acquisition sont reliés par la vitesse d'acquisition du capteur. La durée d'acquisition des occurrences doit être Courte par rappor à la durée caractérisant l'évolution de la température du moteur à combustion interne pour éviter de masquer ladite évolution par un effet de moyenne. La durée d'acquisition est ainsi comprise entre une seconde et une minute, de préférence entre une seconde et trente secondes.
De même, lors de l'étape 37, on mémorise plusieurs occurrences de la mesure de température effectuée au cours de l'étape 30. La vitesse d'acquisition, le nombre d'occurrences ou la durée d'acquisition caractérisant ces mesures sont les mêmes que celles caractérisant l'acquisition réalisée lors de l 'étape 36.
A l'étape 38, on détermine la température caractéristique de l'état thermique de la zone spécifique du moteur à combustion interne e fonction des occurrences mémorisées au cours des étapes 37 et 38. Le procédé se poursuit ensuite à l'étape 32 comme illustré sur la figure 2 et comme décrit précédemment.
La température caractérisant l 'état thermique de la zone spécifique du moteur 'TM__bWi est déterminée par un modèle statistique en fonction des variables fournies par le moyen de contrôle 27 du moteur et par le capteur de température 9 situé dans le moteur à combustion interne, Différents modèles peuvent être employés comme les modèles linéaires, quadratiques, krigeage, lolimot, autorégressifs (AR), à moyenne mobile (MA) ou autorégressifs à moyenne mobile (ARMA).
On peut notamment utiliser un modèle à moyenne mobile (Moving Average, en anglais) pour déterminer la température caractérisant l'état thermique de la zone spécifique du moteur Tss w«i* en fonction, par exemple, de la vitesse de rotation, de la charge, de la quantité de carburant injectée, et de la vitesse du véhicule. La température du fluide caloporteur déterminée au niveau de la culasse est considérée comme une de ces variables. D'autres paramètres peuvent également être intégrés.
Dans le cadre d'un modèle à moyenne mobile, la température de la zone spécifique du moteur est estimée par l'équation suivante :
Figure imgf000015_0001
dans laquelle
a(k) est un régresseur ;
x(à-k) correspond aux différentes variables de l'unité de commande électronique ; et
o est le nombre d'occurrences sur lequel on réalise la moyenne.
Les variables de l'unité de commande électronique comprennent la vitesse de rotation du moteur à combustion interne, la vitesse du véhicule et la charge du moteur. Le régresseur correspondant à chacune de ces variables est déterminé sous forme d'une cartographie issue d'une campagne d'essais.
Le système et le procédé de commande sont destinés à commander le refroidissement d'un moteur à combustion interne lorsque le débit du liquide de refroidissement est nul. Dans de telles conditions, l'équation 1 montre qu'il est possible de déterminer la température caractérisant Pétat thermique de la zone spécifique du moteur T$ij, i_ directement à l'issue d'une période d'acquisition.
Un second mode de réalisation est illustré par la figure 4. Les éléments similaires de la figure 1 et de la figure 4, portent les mêmes références. Le capteui de température 9 est soit absent soit placé d'une façon non optimale né permettant pas de rendre compte de P élévation de température progressive du liquide caloporteur dans le moteur à combustion interne. Dans les deux cas, les données fournies par le capteur de température 9 ne sont pas fiables et ne sont donc pas utilisées pour modéliser l'état thermique de la zone spécifique du moteur. Le capteur de température 9 n'est donc pas représenté sur la figure 4,
Dans le second mode de réalisation, on souhaite donc déterminer la température caractérisant l'état thermique de la zone spécifique du moteur sans utiliser de capteur de température.
Pour cela, on calcule la température caractéristique de Pétat thermique de la zone spécifique du moteur par application d'un deuxième modèle. Le deuxième modèle est un modèle statistique permettant de caractériser le phénomène d'élévation progressive de la température du moteur.
Dans un premier temps, on détermine l'évolution de la température de la matière du bloc moteur autour de la chambre de combustion. La matière formant le bloc moteur est en équilibre thermique entre l'environnement gazeux et de la zone spécifique du moteur correspondant à Pétat thermique que l'on cherche à modéliser. Par matière, on entend toute la matière non gazeuse susceptible de transmettre de la chaleur.
Deux termes principaux régissent cet équilibre thermique. Le premier terme est Un terme d'échange thermique par convectioh qui permet de caractériser les échanges thermiques entre la matière et l'environnement gazeux, typiquement l'atmosphère présente sous le capot du moteur.
Figure imgf000016_0001
dans laquelle
K représente le coefficient de pertes thermiques de la matière,
T-Mat représente la température de la matière, et
Tout représente la température de l'environnement.
Lé deuxième terme est un terme d'échange thermique par conduction qui permet de caractériser les échanges thermiques entre la zone spécifique du moteur correspondant à Pétat thermique TsS Mais que Ton cherche à modéliser et la matière, typiquement le bloc moteur entourant la zone spécifique.
Figure imgf000017_0001
( )
dans laquelle
a représente le coefficient de conduction thermique de la matière ; et
T»« biais représente la température caractérisant l'état thermique de la zone spécifique du moteur.
ï évo ution de la température de la matière est régie par
F équation suivante*
Figure imgf000017_0002
dt
dans laquelle Cp_maÎ représente la capacité calorifique de la matière.
Da s un deuxième temps, on calcule évolution de la température caractérisant l'état thermique de la zone spécifique du moteur, La zone spécifique du moteur correspondant à Pétat thermique que l'on cherche à modéliser est en équilibre thermique entre la chaleur véhiculée par la matière et la chaleur générée par la combustion- On rappelle que Von se situe dans une situation de débit nul du fluide caloporteur. L'équilibre entre la zone spécifique du moteur correspondant à Pétat thermique que Ton cherche à modéliser et la matière est régi ici aussi par le terme de conduction Ech^Conduction précédemment défini.
La chaleur générée par la combustion cowbustio» est déterminée par un modèle statistique en fonction des variables fournies par le moyen de contrôle 27 du moteur. Différents modèles peuvent être employés comme les modèles linéaires, quadratiques, krigeage, lolimot, AR, MA ou ARMA.
On peut notamment utiliser un modèle à moyenne mobile
(Moving Ayerage çn anglais) pour déterminer la chaleur générée par combustion hcom¾ustjon en fonction, par exemple, de la vitesse de rotation, de la charge, de la quantité de carburant injectée, et du débit d'air. D'autres paramètres peuvent également être intégrés.
Sous ce formalisme, la chaleur générée par la combustio est régie par l'équation suivante ;
Figure imgf000018_0001
dans laquelle
ci{k) représente un fégrcsseur ;
x(n-k) représente les différentes variables disponibles dans l'unité de commande électronique ; et
Ko représente le nombre d'occurrences sur lequel on réalise la moyenne.
Ici encore, les variables de l'unité de commande électronique comprennent la vitesse de rotation du moteur à combustion interne, la vitesse du véhicule et la charge du moteur. Le régresscur correspondant à chacune de ces variables est déterminé sous forme d'une cartographie issue d'une campagne d'essais.
La température caractérisant l'état thermique du moteu est alors définie par l'équation suivante.
Figure imgf000018_0002
dans laquelle Cpjenw représente la capacité calorifique de la zone spécifique du moteur correspondant à l'état thermique que l'on cherche à modéliser.
Comme on peut le voir, l'état thermique du système est régi par un système d'équations différentielles couplées. Là résplution dé ce type d'équations passe par une résolution par itérations,
La résolution par itérations du système d'équations formé par les équations Eq. 4 et Eq. 6 implique l'initialisation du système.
Dans le cas d'un débit nul du liquide de refroidissement dans une situation première chauffé, le système d'équation sera initialisé en utilisant la valeur instantanée de la température ambiante comme valeur de la température de la matière TMA{ et de la température T8»J,ÎSÎS caractérisant l'état thermique de la zone spécifique du moteur.
En effet, le système et le procédé de commande son destinés à commander évolution thermique d'un moteur à combustion interne I ainsi que le système de refroidissement d'un tel moteur, lorsque le débit du liquide de refroidissement est nul. Dans de telles conditions, on considère que le moteur a combustion interne et l'environnement sont à une même température, lors des premiers instants du démarrage. Il n'y a donc pas de convection, l'atmosphère et le moteur étant à la même température. Il n'y a pas non plus de conduction, l'énergie thermique générée par la combustion n'ayant pas commencée à se diffuser.
Dans le cas d'un débit nul du liquide de refroidissement dans une situation deuxième chauffe, le système d'équation sera initialisé en utilisant la valeur instantanée de ia température mesurée par un capteur de température situé dans le moteur à combustion interne ambiante comme valeur de la température de la matière Tmat et de la température Tss b caractérisant l'état thermique de la zone spécifique du moteur,
Le moteur à combustion interne présente une température résiduelle issue de ia précédente période de fonctionnement. De par l'inertie thermique des différents éléments du moteur à combustion interne, on peut estime que tous les éléments du moteur à combustion interne sont à la même température, température qui peut être mesurée par un capteur situé dans le moteur à combustion interne.
La figure 5 illustre le procédé de commande selon le second mode de réalisation. Le procédé dé commande débute par l 'étape 39 au cours de laquelle on détermine les conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne i. On détermine notamment, la vitesse de rotation, le couple moteur et le débit de carburant injecté. Le procédé se poursuit à l'étape 40 au cours de laquelle on détermine une température caractérisant l'état thermique de la zone spécifique du moteur. Lors de l'étape 40, la température de l'environnement est prise en compte. Au cours de l'étape 41 , on détermine si la température caractérisant l 'état thermique de la zone spécifique du moteur est supérieure à une température de seuil mémorisée. Si le résultat est vrai, le procédé se poursuit à l'étape 42 au cours de laquelle on commute le moyen de coupure S du débit en position passante. Sinon, on poursuit le procédé à l'étape 43 au cours de laquelle on maintient le moyen de coupure S du débit en position non passante. Le procédé recommence à l'étape 39,
La figure 6 illustre plus en détail l'étape 40 illustrée sur la figure 5, L'étape 40 permet de déterminer la température caractéristique de l'état thermique de la zone spécifique du moteur à l'itération n.
A l*étape 44, on détermine l'échange thermiqtie par çonvection à l 'itération n en fonction de la température de matière à l'itération n- 1 et la température de l'environnement à l'itération n-1 * Pour cela, l'équation (Eq. 2) est appliquée.
A l'étape 45, on détermine la température matière à l'itération n en fonction de l'échange thermique par çonvection à l'itération n et l'échange thermique- par conduction à l'itération n. Pour cela, l'équation (Eq. 4) est appliquée.
A l'étape 46, on détermine l'échange thermique par conduction à l'instant n en fonction de la température de matière à l'instant n-1 et en fonction de la température caractéristique de l'état thermique de la zone spécifique du moteur à l'instant n-1. Pour cela, l'équation (Eq. 3) est appliquée,
Au cours de l'étape 47, on mémorise plusieurs occurrences des conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne déterminées lors de l'étape 39 précédemment déerite. Ces occurrences sont déterminées e# succession, chacune étant espacée de la suivante d'une durée donnée. Les valeurs caractérisant ces mesures sont les mêmes que celles définies lors de la description de l'étape 36 du premier mode de réalisation.
Au cours de l'étape 47, on détermine également là chaleur générée par la combustion, La chaleur générée par la combustion est déterminée en fonction des occurrences mémorisées. Deux déterminations de t 'énergie dégagée lors de la combustion sont espacées dans le temps d'une durée au moins égale à la durée d'acquisition, la durée d'acquisition étant égale au nombre d*occurrences multiplié par la durée entre deux mesurés. Ainsi l 'énergie dégagée lors de la combustion est déterminée avec une période au moins égaie à la durée d'acquisition.
La chaleur générée par la combustion est déterminée par applicatio de l'équation (Eq. 5).
A l'étape 48, on détermine 1$ température caractérisant l'état thermique de la zone spécifique du moteur à l'instant n en fonction de la chaleur générée par la combustion à l'instant n et en fonction de l'échange thermique par conduction à l'itération n. Pour cela, l'équation (Eq. 6) est appliquée,
Ici encore, lors dés premières itérations du procédé de commande, on considérera comme valeur d'initialisation une valeur égale à la température de l'environnement ou une valeur égale à la dernière valeur connue de la température caractéristique de l'état thermique de la zone spécifique du moteur.
Par ailleurs, il apparaît que le calcul de la température caractérisant l'état thermique de la zone spécifique du moteur à l'instant n nécessite la connaissance de différentes variables à l'instant n- l et précédents. Il apparaît ainsi que le dispositif et lé procédé de commande incorporent un effet mémoire apte à restituer les différentes variables mesurées à différents instants sur simple requête*
Le système et le procédé de commande du système de refroidissement d'un moteur à combustion interne permettent de déterminer avec précision la température de la zone spécifique du moteur correspondant à l'état thermique que l'on cherche à modéliser. En fonction de c tte température, le système de refroidissement peut être commandé de façon que la température du moteur à combustion interne augmente rapidement lors d'un premier démarrage sans pour autant compromettre la sécurité dudit moteur. Un tel contrôle permet avantageusement de porter rapidement le moteur à combustion interne à une température à laquelle sa consommation de carburant est réduite et les émissions polluantes dues aux hydrocarbures imbrûlés sont réduites.

Claims

REVENDICATIONS
1 , Procédé de commande, lors d'un démarrage à froid, d'un circuit de refroidissement par fluide caloporteur d'un moteur à combustion interne (1) équipant un véhicule automobile, le circuit de refroidissement étant muni en aval du moteur à combustio interne (i) d'an moyen de coupure (5) du débit apte à établir une discontinuité du débit du fluide caloporteur initialement dans une position non passante, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes au cours desquelles :
- on détermine une température caractéristique de l'état thermique d'une zone spécifique du moteur à combustion interne par application d*uii modèle en fonction de la température à l'intérieur du moteur à combustion interne, et
- on commute le moyen de coupure (5) du débit dans une positio passante si la température caractéristique de l'état thermique de ia zone spécifique du moteu à combustion interne est supérieure à une température limite.
2. Procédé de commande selon la revendication I , dans lequel on détermine la température à l'intérieur du moteur à combustion interne par mesure, et on détermine une température caractéristique de l'état thermique de la zone spécifique du moteur à combustion interne par application d'un premier modèle en fonction de la température à l'intérieur du moteur à combustion interne.
3. Procédé de commande selon la revendication 1 , dans lequel on détermine la température caractéristique de l'état thermique de la zone spécifique du moteur à combustion interne par application d'un deuxième modèle.
4. Procédé de commande scion la revendication 3, dans lequel le deuxième modèle est un modèle autorégressif à moyenne mobile.
5. Procédé de commande selon l 'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la zone spécifique dont on détermine la température caractéristique est le fluide caloporteur au niveau de la culasse,
6. Procédé d commande selon Tune quelconque des revendications ί à 4, dans lequel la zône spécifique dont on détermine la température caractéristique est le fluide caloporteur au voisinage de la chambre de combustion.
7. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications à 4, dans lequel la zone spécifique dont on détermine la température caractéristique peut être le pontet intersoupape.
8. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel on outrepasse l'étape de commande du moyen dé régulation du débit en fonction de la température dé la zone spécifique.
9. Système de comma de d*un circuit de refroidissement par fluide caloporteur d*un moteur à combustion interne (I) équipant un véhicule automobile, le système de commande comprenant une unité de commande électronique (26) apte à commuter un moyen de coupure (5) du débit dudit circuit de refroidissement situé en aval du moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce que l'unité de commande électronique (26) est apte à déterminer une température caractéristique de l'état thermique d'une zone spécifique du moteur à combustion interne par application d'un modèle, apte à comparer la température caractéristique de l'état thermique de la zone spécifique du moteur à combustion interne à une température limite et apte à commute le moyen de coupure (5) du débit dans une position passante en fonction de la température caractéristique de la zone spécifique de l'état thermique du moteur à combustion interne et de la température limite.
10. Système de commande selon la revendication 9, dans lequel l'unité de commande électronique (26) comprend un moyen de comparaison (23) apte à comparer la température caractéristique de l'état thermique de la zone spécifique du moteur à combustion interne à la température limite, l'unité de commande électronique (26) étant apte à émettre un signal dé commande du moyen de coupure (5) du débit en fonction du résultat de la comparaison.
I L Système de commande selon l'une des revendications 9 ou 10 comprenant un moyen de détermination (21 ) apte à appliquer un premier modèle afin de déterminer la température caractéristique de l'état thermique de la zone spécifique du moteur à combustion interne en fonction de la température du moteur à combustion interne.
12. Système de commande selon l'une des revendications 1 1 , comprenant un capteur de température (9) situé à l'intérieur du moteur à combustion interne apte à déterminer la température du moteur à combustion interne.
13. Système de commande selon la revendication 12, dans lequel le Capteur de température (9) est situé dans la culasse.
14. Système de commande selon l'une des revendications 9 ou 10, comprenant tin moyen de détermination (21) apte à déterminer la température caractéristique de l'état thermique du moteur à combustion interne en appliquant un deuxième modèle.
15. Système dé commande selon Tune quelconque des revendications 9 à 14, dans lequel le moyen de coupure (5) du débit est un moyen d'entraînement de la pompe ( 10) apte à entraîner ladite pompe ( 10) sur commande.
16. Système de commande selo l'une quelconque des revendications 9 à 14, dans lequel lé moyen de coupure (5) du débit est une vanne placée en sortie du moteur.
17. Système de commande selon l'une quelconque des revendications 9 à 16, dans lequel la zone spécifique est le fluide çaloporteur au niveau de la culasse.
18. Système de commande selon l'une quelconque des revendications 9 â 16, dans lequel la zone spécifique est le fluide çaloporteur au voisinage de la chambre de combustion.
19. Système de commande selon l 'une quelconque des revendications 9 à 16, dans lequel la zone spécifique est le pontet intersoupape.
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