Brevet FR2598747A2 — publié le 19871120

FR 2598747 A2 19871120 FR 8606934 A 19860514 Procédé de surveillance du fonctionnement d'un moteur à combustion interne en service L'invention concerne un procédé de surveillance du fonctionnement d'un moteur à combustion interne en service. La demanderesse a déjà proposé, dans sa demande de brevet principal, un procédé de surveillance consistant à utiliser le niveau de puissance spectrale du signal émis par le dispositif de mesure. La présente addition a pour but de simplifier la méthode de calcul en utilisant directement l'énergie vibratoire produite par le dispositif de mesure. La présente invention a pour objet un procédé de surveillance du fonctionnement d'un moteur à combustion interne en service, dans lequel - on enregistre, sur un ou des moteurs témoins de même type, la variation de pression régnant dans la chambre de combustion pour diverses valeurs des paramètres de conduite, ceux-ci étant au besoin temporairement modifiés pour provoquer plusieurs états stabilisés de charge allant de 0 à 100% et pour provoquer des variations de l'amplitude des oscillations de pression autour de la valeur moyenne de la pression allant de la valeur minimum des amplitudes à une valeur maximum égale à dix fois la valeur minimum, l'enregistrement étant fait dans une gamme de fréquence allant de 0 à 30.000 Hz et pour un ou plusieurs cycles moteur successifs ou non, - simultanément, on enregistre, en divers points des organes voisins de la ou des chambres de combustion du ou des moteurs témoins, l'amplitude et la fréquence des vibrations provoquées par ltensemble du fonctionnement dans une gamme de fréquences allant de 0 à 30.000 Hz, - on calcule le rapport de la puissance spectrale du signal de pression à la puissance spectrale de chacun des signaux délivrés par les différents points de - mesure, ou le rapport de toutes valeurs représentatives de ces puissances, - on détermine pour quel point de mesure la valeur du rapport s'écarte le moins de la constante quel que soit le niveau de charge, ce point de mesure étant considéré comme délivrant un signal représentatif, - on installe, sur le moteur en service, un dispositif de mesure de vibrations à l'emplacement déduit du ou des moteurs témoins et on utilise le niveau de puissance spectrale du signal émis à diverses périodes du service normal de ce moteur, ou une valeur représentative de cette puissance, pour apprécier le comportement des organes voisins de la chambre de combustion et/ou la sévérité des sollicitations qu'ils supportent et déclencher des actions appropriées, caractérisé en ce que la valeur représentative est constituée par l'énergie vibratoire du signal obtenu par le dispositif de mesure à différents moments du fonctionnement du moteur en service. De préférence on calcule l'énergie vibratoire du signal obtenu par le dispositif de mesure et l'on calcule le niveau équivalent du signal constant et stable qui donne la même énergie vibratoire que les vibrations fluctuantes qui se sont réellement produites, le niveau équivalent étant calculé à différents moments du fonctionnement du moteur en service, à intervalles réguliers ou non et à chaque fois pour un nombre constant de cycles complets en ne retenant pour chaque cycle qu'une ou plusieurs parties de celui-ci. Avantageusement, on détermine des périodes de mesure contenant un ou plusieurs cycles, successifs ou non, chaque période étant contenue dans une phase de fonctionnement du moteur en service où la charge ne varie pas ou ne varie que faiblement. Pour une observation à long terme, on mémorise les valeurs des niveaux équivalents relevés et on les range par classes de niveaux. Finalement, on compare la valeur des différents niveaux et/ou le nombre de niveaux atteint dans les différentes classes avec des valeurs de consigne déterminées par expérience pour le type de moteur en service considéré, le résultat de la comparaison servant à décider de la modification éventuelle de un ou plusieurs paramètres de consigne et/ou à déclencher des actions d'entretien préventif. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple, une mise en oeuvre préférée du procédé de l'invention. De nombreux facteurs peuvent influencer le niveau de sollicitation supporté par les organes voisins de la chambre de combustion tels que par exemple, la chemise, le piston, la culasse....La combustion peut passer en régime détonant pour tout ou partie du volume de la chambre, que ce soit en allumage commandé ou en cycle Diesel. La cause peut résider dans le calage de l'allumage ou dans une mauvaise séquence de préinjection.Elle peut se trouver également dans la variation des caractéristiques du carburant ou des conditions environnantes : température, humidité, etc....Dans les moteurs à combustion interne suralimentés, une variation de l'excès d'air provoquée par exemple par l'encrassage du turbo-compresseur ou une diminution de l'efficacité de la réfrigération d'air peut élever anormalement le niveau des sollicitations dues à la combustion. De même, la fermeture des soupapes déclenche des sollicitations qui, si elles ne sont pas directement nuisibles, renseignent sur l'état mécanique des réglages, des jeux et des vitesses de fonctionnement. L'expérience a montré que les organes voisins de la chambre de combustion, en particulier la culasse, transmettent des vibrations qui rendent compte de l'évolution des pressions dans la chambre et du comportement des organes mobiles (soupapes, aiguilles d'injecteur) dont la mesure et l'enregistrement sont plus aisée à mettre en oeuvre et plus fiable dans le temps qu'une mesure directe des pressions dans la chambre elle-même. Lorsque les oscillations de pression excitent les composants en particulier à travers les fréquences propres de résonance de la chambre de combustion, elles engendrent des sollicitations mécaniques et un accroissement des échanges thermiques qui, si non dommageables dans l'instant, peuvent devenir dangereux dans le temps par cumul des dommages. La dérive dans le temps du niveau équivalent cité plus haut, pour une condition de charge donnée, constitue une indication sur l'évolution de paramètres-clés, tels l'instant d'allumage, la pression et le débit d'air de suralimentation, les caractéristiques du carburant, etc... Par un découpage sélectif du signal permettant d'isoler des périodes particulières du cycles moteur, on met également en évidence le comportement de tel organe ou fonction, par exemple la fermeture d'une soupape ou la phase d'injection. Il est en fait possible d'établir une relation d'une part entre la valeur limite d'un niveau équivalent de sollicitations à partir duquel des détériorations apparaissent sur un ou des composants ou fonctions et d'autre part entre le nombre de niveaux équivalents comptés dans une classe et certains types de détériorations, ceci ayant une analogie directe avec le comportement en fatigue des matériaux. Par exemple, il est possible de relier une valeur seuil de niveau équivalent à l'apparition d'un phénomène de cavitation-érosion dans la partie de la chemise proche de la culasse, alors que cette même partie de la chemise ne sera soumise à une fissuration d'origine thermique qu'après un nombre d'apparitions suffisant d'une valeur donnée de niveaux équivalents. Pour un type donné de moteur, il est nécessaire de déterminer la corrélation entre la valeur ou le nombre de valeurs d'un niveau équivalent et l'apparition du phénomène qu'on veut surveiller, cette corrélation étant conservée pour tous les moteurs d'un même type. Pour atteindre ces résultats, le procédé prévoit la mémorisation de la valeur de chaque niveau équivalent obtenu à la suite du traitement de chacun des groupes de mesures effectuées. L'exploitation statistique des valeurs mémorisées permet de tirer des enseignements sur la sévérité des conditions de fonctionnement du moteur. Suivant les résultats de cette exploitation, il est possible de prendre des décisions de court terme visant à modifier immédiatement certains pa ramètres de conduite alors que le moteur est en service, mais il est également possible, en partant d'observations portant sur une longue période, de prendre des décisions à plus long terme d'entretien préventif visant à prévenir la défaillance d'un organe par fatigue par exemple. REVENDICATIONS 1/ Procédé de surveillance du fonctionnement d'un moteur à combustion interne en service, dans lequel - on enregistre, sur un ou des moteurs témoins de même type, la variation de pression régnant dans la chambre de combustion pour diverses valeurs des paramètres de conduite, ceux-ci étant au besoin temporairement modifiés pour provoquer plusieurs états stabilisés de charge allant de O à 100% et pour provoquer des variations de l'amplitude des oscillations de pression autour de la valeur moyenne de la pression allant de la valeur minimum des amplitudes à une valeur maximum égale à dix fois la valeur minimum, l'enregistrement étant fait dans une gamme de fréquence allant de O à 30.000 Hz et pour un ou plusieurs cycles moteur successifs ou non, - simultanément, on enregistre, en divers points des organes voisins de la ou des chambres de combustion du ou des moteurs témoins, l'amplitude et la fréquence des vibrations provoquées par l'ensemble du fonctionnement dans une gamme de fréquences allant de O à 30.000 Hz, - on calcule le rapport de la puissance spectrale du signal de pression à la puissance spectrale de chacun des signaux délivrés par les différents points de mesure, ou le rapport de toutes valeurs représentatives de ces puissances, - on détermine pour quel point de mesure la valeur du rapport s'écarte le moins de la constante quel que soit le niveau de charge, ce point de mesure étant considéré comme délivrant un signal représentatif, - on installe, sur le moteur en service, un dispositif de mesure de vibrations à l'emplacement déduit du ou des moteurs témoins et on utilise le niveau de puissance spectrale du signal émis à diverses périodes du service normal de ce moteur ou une valeur représentative de cette puissance, pour apprécier le comportement des organes voisins de la chambre de combustion et/ou la sévérité des sollicitations qu'ils supportent et déclencher des actions appropriées, selon la revendication 1 de la demande de brevet principal, caractérisé en ce que la valeur représentative est constituée par l'énergie vibratoire du signal obtenu par le dispositif de mesure à différents moments du fonctionnement du moteur en service. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on calcule l'énergie vibratoire du signal obtenu par le dispositif de mesure et l'on calcule le niveau équivalent du signal constant et stable qui donne la même énergie vibratoire que les vibrations fluctuantes qui se sont réellement produites. 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le niveau équivalent est calculé à différents moments du fonctionnement du moteur en service, à intervalles réguliers ou non et à chaque fois pour un nombre constant de cycles complets. 4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on ne retient pour chaque cycle qu'une ou plusieurs parties de celui-ci. 5/ Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on détermine des périodes de mesure contenant un ou plusieurs cycles, successifs ou non, chaque période étant contenue dans une phase de fonctionnement du moteur en service où la charge ne varie pas ou ne varie que faiblement. 6/ Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'on mémorise les valeurs des niveaux équivalents relevés et en ce qu'on les range par classes de niveaux. 7/ Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on compare la valeur des différents niveaux et/ou le nombre de niveaux atteint dans les différentes classes avec des valeurs de consigne déterminées par expérience pour le type de moteur en service considéré, le résultat de la comparaison servant à décider de la modification éventuelle de un ou de plusieurs paramètres de consigne et/ou à déclencher des actions d'entretien préventif.