Brevet FR2500066A1 — publié le 19820820

La présente invention est relative à un pro- cédé pour empêcher une combustion susceptible de pro- voquer un cognement dans un moteur à combustion interne à quatre temps et à turbo-compresseur, procédé dans le- quel on utilise un détecteur de cognement pour détecter ce phénomène, des signaux produits par ce détecteur et indiquant un cognement présentant une certaine intensi- té étant utilisés pour réduire la pression de suralimen- tation du moteur, et l'invention concerne également un 1o dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, qui comprend un détecteur de cognement monté sur le moteur et des moyens de traitement de signaux qui sont agencés pour recevoir des signaux provenant du détecteur et pour appliquer des signaux de commande qui sont fonction de ceux-ci à un dispositif commandant la pression de surali- mentation, les moyens de traitement de signaux étant agencés pour appliquer des signaux au dispositif comman- dant la pression de suralimentation, à la suite de la réception de signaux indiquant le cognement, afin de réduire la pression de suralimentation. On connait déjà un dispositif de commande qui détecte des conditions de combustion susceptibles de provoquer le cognement et abaisse automatiquement la pression de suralimentation à un niveau pour lequel le cognement cesse. Un tel système augmente les tolérances du moteur à différentes qualités de combusti- bles et présente par rapport à un système utilisant un retard à l'allumage, l'avantage d'éviter une augmen- tation de la température de l'échappement dûe au retard à l'allumage, éliminant ainsi le risque de surchauffe. Cependant un dispositif qui diminue la pression de sura- limentation pour éviter le cognement n'est pas dépourvu d'inconvénients. Ce dispositif est plus lent qu'un dis- positif utilisant un réglage de l'allumage et les pertes de rendement sont notablement supérieures. De plus, l'économie de combustible du moteur est moins importante lorsque le moteur est alimente avec un combustible à haut indice d'octane sous une charge partielle. Le but de l'invention est de fournir un pro- cédé pour empêcher les conditions de combustion suscepti- bles de provoquer le phénomène de cognement et qui n'en- traîne que le minimum possible de perte de rendement.en combinaison avec le maintien d'une bonne économie de combustible iorsque le moteur est alimenté avec un combus- tible à haut indice d'octane, tout en évitant en même temps le risque de surchauffe. Ce but est atteint suivant l'invention dans un procédé du type décrit plus haut en utilisant les si- gnaux indiquant l'apparition du cognement pour retarder l'allumage, en combinaison avecune réduction de la pression de suralimentation. En choisissant la température d'échappement comme paramètre constant et en équilibrant le retard à l'allumage par rapport à la réducticon de la pression, afin de maintenir la température des gaz d'échappement à une valeur essentiellement constante lorsqu'on alimente le moteur avec des combustibles de qualités différentes, on obtient un réduction notable des pertes de rendement par comparaison à la seule réduction de la pression, et l'on élimine également le risque d'une surchage thermi- que des organes sur le côté échappement du moteur. En rai- son du fait que l'allumage peut être réglé de façon à suivre la limite de détonation sur la totalité de la plage de pressions, on obtient une consommation spécifi- que de combustible inférieure à celle obtenue avec la seule régulation de la pression. Le dispositif du type précité pour la mise en oeuvre du procédé est caractérise en ce que le dispo- sitif de traitement de signaux, qui comprend de préféren- ce un micro-processeur, est dispose de façon à appliquer des signaux au dispositif commandant le réglage de l'allumage du moteur afin de retarder cet allumage en combinaison avec la réduction de la pression de sura- limentation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre faite en se référant aux dessins anne- xés donnés uniquement à titre d'exemple et dans les- quels; - la Fig. 1 est un schéma d'un moteur à com- bustion à turbo-compresseur comportant un dispositif pour empêcher les conditions de combustion susceptibles d'engendrer le cognement; - les Fig. 2 et 3 sont des diagrammes de la température d'échappement et de la consommation spéci- fique de combustible respectivement pour différentes qualités de combustibles *et différents modes de commande; - la Fig. 4 est un diagramme montrant la réduction du couple lorsqu'on change de qualité de combustible, suivant différents modes de commande; la Fig. 5 est un diagramme montrant le calage de l'allumage pour différents modes de commande, par rapport au calage de la distribution pour obtenir une économie optimale de combustible; - les Fig. 6A et 6B sont des diagrammes mon- trant la réduction de la pression de suralimentation et le retard de l'allumage en fonction du temps pour différentes intensités du cognement dans le procédé de commande suivant l'invention. Le moteur 1 représenté à la Fig. 1 est un moteur à quatre cylindres du type à quatre temps comportant un turbo-compresseur 2 (connu en lui-même), comprenant une turbine (3) qui communique avec le col- lecteur d' chappement 4 du moteur, et,In compresseur 5 qui communique avec le collecteur dadission 6 du mo- teur par l''intermédiaire d'un refroidisseur 7 de l'air de suralimentaion, du type air/air, et un ensemble 8 dans lequel est disposé le papillon 9 des gaz du mo- teur. Le courant de gaz traversant la turbine 3 est réglé d'une façon connue au meyen d'une vanne 11 de dérivation qui est intercalée dans un conduit de dériva- tion 10, cette vanne 11 pouvant être actionnée au mo- yen d'un mécanismie pneumatique 12 d'actionnement et dirigeant lorsqu'elle est fermée la totalité du courant de gaz dans la turbine. La pression régnant dans le mécanisme d'actionnement 12 et de ce fait le réglage de la vanne de dérivation 11 est déterminé par une élec- troyanne 13 à fonctionnement périodique qui est disposèe dans un conduit 14 qui relie l'un à l'autre les côtés d'aspiration et de pression du compresseur, par l'in- termédiaire d'un orifice calibré 15, et à partir duoel s'étend également un conduit 16 relié au mécanisme d'actionnement 12. En fonctionnement l'électrovanne 13 commute périodiquement entre les positions d'ouvertu- re et de fermeture et, en faisant varier la durée de la période, la pression régnant dans le conduit 16 peut être modifiée faisant ainsi varier également la pres- sion régnant dans le mécanisme 12 d'actionnement. L'électrovanne 13 est commande par un dispositif de traitement de signaux constitué par un micro-processeur 17 auquel sont appliques des signaux qui représentent le régime du moteur, la position du papillon des gaz, la pression de l'air de suralimenta- tion et sa température, et dans lequel est mémorisée une valeur de consigne de la pression de suralimentation, qui est fonction du régime du moteur. Les signaux d'en- trée appliques au micro-processeur proviennent de diffé- rents capteurs 18, 19, 20 et 21. Le capteur 18, disposé dans le conduit entre le compresseur 5 et le refroidis- seur 7 peut être constitué par un transducteur piézo- résistant, qui capte la pression de suralimentation. Le capteur 19 peut être une résistance à coefficient de température négatif, à réaction rapide, qui capte la -température de l'air de suralimentation, et le capteur peut être un potentiomètre couplé au papillon 9 des gaz afin de capter les positions de ce dernier. Des si- gnaux représentant la vitesse du moteur peuvent être obtenus à partir d'un camteur 21 à effet Hall qui exis- te déjà dans le distributeur. Le micro-processeur 17 détermine la valeur de consigne de la pression de suralimentation pour cha- cue condition de fonctionnement, sur la base des signaux d'entrée provenant des capteurs 19, 20 et 21. Le signal provenant du capteur 18 de la pression de suralimentation fournit une information sur toutes variations se produi- sant entre la valeur de consigne et la valeur réelle de la pression de suralimentation. Des signaux indiquant une pression réelle de suralimentation trop faible a pour résultat que le micro-processeur 17 augmente le temps d'ouverture de l'électrovanne 13, ce qui se tra- duit à son tour par une chute de pression dans le con- duit 16 relié au mécanisme 12, qui déplace alors la vanne il vers sa position de fermeture. L'écoulement à travers le conduit l de dérivation diminue et la vitesse de la turbine augmente, augmentant ainsi la pression de suralimentation. Le processus inverse se produit si la pression réelle de suralimentation est trop élevée. Il est ainsi possible grâce à cette com- mande en boucle fermée de la pression de suralimentation de maintenir celle-ci continuellement à une valeur pré- déterminée. Le principe assure une grande souplesse pour déterminer la caractéristique de pression de sura- limentation et rend le dispositif indépendant des tolé- rances mécaniques telles que par exemple des variations des caractéristiques du ressort de rappel dans le mé- canisme d'actionnement 12. La commande par micro-processeur permet à pleine charge de régler le niveau de la pression de suralimentation maximale légèrement au-dessous de la li- mite à laquelle se produit le cognement, afin d'obtenir un rendement optimal pour un qualité donnée de comibusti- ble. Il en résulte cependant que les marges avant le cognement nuisible sont très faibles. Pour compenser la sensibilité accrue du moteur aux variations de la quali- té du combustible, le dispositif décrit ci-dessus com- prend un détecteur 22 de cognement qui est monté sur le bloc moteur, et qui peut être un accélromètre piézo- électrique qui est relié au micro-processeur 17 et appli- que à ce dernier une information continue sur l'inten- sité du cognement, le micro-processeur étant programme pour déclencher des mesures correctives à la suite de l'enregistrement d'une intensité prédéterminée du cogne- ment, pour déclencher des mesures correctives, suivant l'invention, d'une part en appliquant des signaux à l'électrovanne 13 pour réduire la pression réelle de suralimentation à une valeur inférieure à la pression de consigne et d'autre part, en appliquant au dispositif 24 d'allumage du moteur des signaux pour assurer un re- tard à l'allumage. Le diagramme de la Fig. 2 montre comment une réduction de la pression et un retard à l'allumage qui sont représentés en traits interrompus et en traits pleins respectivement affectent chacun la température de l'échappement dans les essais effectués sur un moteur à quatre cylindres de 2, 1 1 avec une puissance maximale de 114 kW DIN. Les essais ont été effectués sous charge maximale a la limite de la détonnation (LD) à 3000 t/m et avec des combustibles à 97, 94 et 91 d'indice d'oc- tane. Comme on le voit au diagramme, on a obtenu une augmentation brusque de la température de l'échappe- ment avec le retard à l'allumage seul lorsqu'on est passé à une alimentation avec un combustible de qualité médiocre, tandis que la di:minution de pression seule avait pour résultat une chute de la température mais aussi une brusque détérioration du rendement du moteur qui apparait dans le tableau donné plus loin. Le dia- gramme de la Fig. 3 montre l'effet du retard f l'alluma- ge (en traits pleins) et de la diminution de pression (en traits interrompus) sur la consommation spécifique de combustible du moteur. Suivant le procédé de l'invention, on a choisi la température d'échappement comme paramètre de commande pour programmer le microprocesseur 17, la diminution de la pression et le retard à l'allumage étant équilibrés l'un par rapport à l'autre afin de main- tenir constante la température de l'échappement, comme représenté par la courbe en traits mixtes à la Fig. 2. Les variations qui en résultent dans la consommation spécifique du combustible sont représentées par le cour- be en traits mixtes à la Fig. 3. Dans ce moteur d'essai, on a constaté que la combinaison optimale de la diminution de la pression et du retard de l'allumage devaient être d'environ 0,03 bars par degré de position angulaire du vilebrequin, de re- tard à l'allumage. Le tableau suivant montre l'effet des différents modes de commande sur le rendement du moteur, l'économie en combustible et la température des gaz d'échappement. A B C D E F Variation de la conscmn- mation spécifique de combustible Variation du couple Variation de la température d'échap- pement C Retard à l'allu- mage/degré de po- sition angulaire du vilebrequin Réduction de la pression de suralimenta- tion.bars. I Retard à l'allumage seulement II Diminution de pression seule- ment III Combinaison du retard à l'allumage et de la diminution de pression Mbde de coinande + 5,1 - 5f7 + 0,8 + 30 - 9,1 -5 o0 + 2,4 - 6,3 o - 0,13 - 0,075 l o o o C> os C> Comme cela apparaît au tableau ci-dessus, le mode de commande I a pour résultat une augmentation brusque de la température de l'échappement avec une charge thermique élevée de façon inadmissible s'exer- çant sur les organes du côté de l'échappement, tandis cue le mode de commande II conduit à des pertes de rendement qui sont mlus de 43% supérieures à celles qui se produisent dans le mode commande III. Le diagramme de la Fig. 4 montre les va- leurs absolues du couple et de la température d'échappe- ment dans le même essai et avec des combustibles ayant 97 et 91 d'indices d'octane, mais dans ce cas à un ré- gime de 2700 t/m. Les flèches en traits pleins, en traits interrompus et en traits mixtes représentent les modes de commande I, II et III respectivement, et mon- trent les variations du couple respectives. Comme le montre le diagramme, une réduction de la pression seule à pour résultat une réduction du couple de 250 Nm à 214 Nm, tandis que la combinaison d'une diminution de la pression avec un retard à l'allumage a pour résulat une réduction du couple qui est seulement de 250 Nm à 233 Nm, tandis que la température de l'échappement est maintenue à environ 9050C. Le retard à l'allumage seul a pour résultat une augmentation de latempérature de l'allumage d'environ 100C. Comme on l'a indiqué dans le préambule, un moteur comportant un dispositif de contrôle du cogne- ment utilisant une réduction de la pression de suralimen- tation seule ne montre qu'une faible économie de combus- tible par rapport à un moteur comportant un dispositif suivant l'invention lorsqu'il est alimenté avec un com- bustible présentant une faible tendance au cognement, par exemple du combustible ayant un indice d'octane de 97 (IOR). Ceci est dû au fait que le dispositif d'alluma- ge du premier système mentionné doit être réglé de façon que l'allumage- à la plus basse pression à laquelle le dispositif peut descendre- se produit au-dessous de la limite du cognement pour le combustible considéré qui présente la plus grande tendance au cognement, par exemple le combustible ayant un indice d'octane de 91 (IOR). Ceci est représenté par le diagramme de la Fig. 5 dans lequel P1- P4 désignent différents niveaux de pression constants et MBT indique le calage de.l'allumage pour une meilleure économie de combustible qui, comme on le voit sur le diagramme (et comme cela s'applique à la plupart des moteurs) se trouve au-dessus de la limite de cognement même avec un combustible ayant un indice d'octane de 97 pour ces charges. A la gauche de la droi- te représentant la limite de détonation avec du combus- tible présentant un indice d'octane de 91 (IOR) sont situés trois points d'allumage a, b et c pour les trois modes de commande décrits pour l'alimentation avec un combustible à 91 d'indice d'octane et à pleine charge. AMI, A M2 et AM3 désignent les diminutions de couple lorsqu'on passe d'un combustible ayant un indice d'octane de 97 à un combustible ayant un indice d'octane de 91. Sous charge partielle (niveau de pression P4) et avec un combustible à 97 d'indice d'octane (IOR), avec le mode de commande suivant l'invention, l'allumage peut être réglé au point d, tandis que l'allumage doit rester au point b, lorsqu'on utilise seulement la modification de pression, même lorsqu'on utilise un combustible à 97 d'indice d'octane. La différence de Aa dans le cala- ge de l'allumage a pour résultat une consommation de combustible sous charge partielle qui est de 4 à 5% plus élevée que suivant le dernier modcde deuminnde cité. A désigne la plage pour obtenir une température d'échap- pement constante dans le mode de commande suivant l'in- vention. Suivant l'exemple décrit, le micro-Droces- seur 17 a été programmé pour diminuer la pression de suralimentation et retarder l'allumage suivant un cer- tain nombre de paliers rapides et francs de 0,075 bars et 30 d',angle de rotation du vilebrequin. Le dispositif a été réglé pour entrer en action à la suite de la dé- tection d'une combustion susceptible de provoquer le cognement pendant cinq ou plus de vingt cycles enregis- trés successivement et pour ramener la pression de suralimentation et le calage de l'allumage aux valeurs originales à une cadence de 0,075 bars et 3 de mouve- ment angulaire du vilebrequin par période de 5 secondes après la cessation du cognement. La Fig. 6 montre cette variation de la pression de suralimentation et du calage de l'allumage en fonction du temps pour différentes intensités de cognement. L'invention fournit ainsi un procédé efficace pour diminuer les pertes de rendement dans un moteur à haut rendement lorsqu'on passe à une alimentation avec un combustible de qualité médiocre. En raison du fait que la température d'échappement n'est pas affectée, le moteur peut supporter des char- ges importantes prolongées sans raccourcissement de sa durée de vie. Le dispositif de commande représenté à la Fig. 1 comprend également un dispositif de sécurité constitué par un interrupteur 23 à pression monté sur le collecteur d'admission. Cet interrupteur coupe l'alimentation en combustible du moteur si un défaut se produit, et que la pression de suralimentation excède un niveau admissible. 12 2500066 REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé pour empêcher une combustion susceptible de provoquer un phénomène de cognement dans un moteur a quatre temps à turbo-ccnpresseur, dans lequel on utilise un détecteur de cognement pour détecter le cognement, et on utilise les signaux émis par ledit détecteur lors- qu'ils indiquent un cognement d'une certaine intensité, pour réduire la pression de l'air de suralimentation du moteur, procédé caractérisé en ce que les signaux indiquant le cognement sont utilisés pour retarder le calage de l'allumage en combinaison avec -ne réduction de la pression de suralimentation. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le retard à l'allumage est équilibré par rapport à la diminution de la pression de telle sorte que la température d'échappement du moteur soit maintenue à une valeur à peu près constante au-dessous d'un niveau maximal prédéterminé lorsqu'on passe d'un combustible à un combustible de qualité différente. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce qu'on réduit ou retarde respectivement la pression de suralimentation et l'allumage à la suite de l'indication du cognement, rapidement par paliei et on augmente ou on avance respectivement-la pression et l'allumage pour les ramener aux valeurs ini- tiales, moins rapidement, lorsque le cognement a disparu. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions 2 et 3, caractérisé en ce que la pression de surali- mentation est réduite d'environ 0,03 bars par degré de mouvement angulaire du vilebrequin.de retard à l'allumage. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que définit suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, pour empêcher une combustion susceptible de provoquer un cognement de se produire dans un moteur à quatre temps à turbocompresseur, comprenant un détecteur(22)de cognement monté sur le bloc moteur et un dispositif(17)de traitement de signaux disposé de façon 13 2500066 à recevoir des signaux provenant du détecteur(22)et pour appliquer des signaux de commande en fonction de ceux-ci à des moyens commandant la pression de suralimentation, le dispositif (17) de traitement de signaux étant agencé de façon à appliquer des signaux auxdits moyens commandant la pression de suralimentation à la suite de réception de signaux indiquant un cognement d'une certaine intensité, afin de réduire la pression de suralimentation, dispositif caractérisé en ce que le dispositif (17) de traitement de signaux est disposé de façon à appliquer des signaux à des rmYens (24) commandant le calage de l'allumage du moteur afin de retarder l'allumage en combinaison avec -4Wdiminution de la pression de suralimentation. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif (17) de traitement de signaux est disposé de façon à équilibrer le retard à l'allumage par rapport à la réduction de pression de manière que la température d'échappement du moteur soit maintenue essen- tiellement constante indépendamment de la qualité du combus- tible dans une plage de qualité prédéterminée. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 5 et 6, caractérisé en ce que le dispositif (17) de traitement de signaux est constitué par un microprocesseur qui est programmé pour diminuer la pression et retarder l'allumage à la suite de l'enregistre- ment d'un cognement d'une intensité prédéterminée, par pa- liers francs rapides-et pour augmenter la pression et l'avance à l'allumage en les ramenant aux valeurs ini- tialesplus lentement4lorsque le cognement à disparu. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 6 et 7, caractérisé en ce que le microprocesseur (17) est programmé pour diminuer la pression d'environ 0,03 bars par degré angulaire de mouvement du vilebre- quinde retard à l'allumage. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 5 à 8, caractérisé en ce que le détecteur (22) de cognement est couplé au dispositif (17) de traitement de signaux dans lequel est mémorisée une valeur de consigne de la pression de suralimentation en fonction du régime du moteur, le dispositif de traitement de signaux étant disposé de façon a appliquer un signal aux myens (13) commandant la pression de suralimentation, à la suite de la réception d'un signal indiquant un cognement d'une certaine intensité, pour abaisser la pression réelle de suralimentation à une valeur inférieure à la valeur de la pression de consigne.