Brevet FR2764061A1 — publié le 19981204

La présente invention concerne le domaine des mesures associées à un moteur, afin d'évaluer ses performances. Il s'agit plus précisément d'essayer d'évaluer l'un des paramètres caractéristiques du fonctionnement d'un moteur à savoir la pression moyenne indiquée (PMI), en différents points de fonctionnement. Ce paramètre est en effet bien représentatif des conditions instantanées de fonctionnement du moteur puisqu'il donne une indication directe du travail utile des gaz au cours d'un cycle de combustion. La PMI permet ainsi des comparaisons entre des moteurs différents. On peut définir la PMI comme la pression constante qui, appliquée au piston durant toute sa course de détente, fournirait le même travail pour un cycle. Autrement dit, il s'agit de la mesure du travail thermodynamique fourni aux pistons lors d'un cycle-moteur, rapporté à la cylindrée. La définition mathématique est: PMI=VJP dV=VSP dV de PMI =V Pcvl dV = cd d Pc vt V = o' dO d avec Vcyl = cylindrée = volume balayé par le piston entre le point mort haut et le point mort bas Pcy = pression instantanée dans un cylindre dV = différentielle du volume de la chambre dO = différentielle de l'angle vilebrequin Cette formule concerne un cylindre. La PMI du moteur est obtenue en faisant la moyenne, des PMI obtenues pour chacun des cylindres du moteur. De façon connue, la pression dans un cylindre est mesurée par un capteur; la dérivée du volume peut être calculée à partir de formules cinématiques donnant le déplacement du piston en fonction de l'angle vilebrequin. De nombreuses méthodes sont fondées sur ce principe. A titre illustratif la demande de brevet EP 0742359-A2 décrit un mode de contrôle du fonctionnement d'un moteur dans lequel la PMI est calculée. Selon cet art antérieur, la PMI est déterminée grâce à une mesure de pression associée à une mesure d'angle vilebrequin à un instant spécifique donné. De même, le brevet français FR 2 71 1 185 divulgue un système de contrôle de moteurs basé sur ce type de mesures. Il s'agit donc, selon cet art antérieur, de mesurer l'angle vilebrequin 0 au même instant que la pression P dans un cylindre. Les codeurs angulaires connus sont assez précis pour déterminer des angles à partir d'un zéro donné, prédéterminé; La difficulté réside dans la détermination du zéro qui s'avère en pratique très délicate. Le problème est donc de déterminer avec précision et fiabilité le passage du piston à un point donné, par exemple le point mort haut. Actuellement les méthodes et les instrumentations associées permettent d'atteindre une précision de plus ou moins 0,25 V (degré vilebrequin). En fait, la détermination de la PMI rencontre essentiellement les problèmes suivants: - la précision du capteur de pression - la précision de la mesure d'angle vilebrequin - l'utilisation d'une formule cinématique et non d'une mesure de la dérivée du volume - le calcul de l'intégrale par des méthodes numériques approchées. Ces imprécisions ne sont pas directement gênantes dans la plupart des cas. Cependant elles peuvent poser problème lorsque l'on cherche à déterminer la pression moyenne due aux frottements PMF. Par définition PMF = PMI - PME. La PMF représente le travail thermodynamique du piston qui n'est pas récupéré sur l'arbre moteur. C'est le travail perdu par frottements essentiellement. La PME est la pression moyenne effective et représente le travail reçu à l'arbre rapporté à la cylindrée. On la calcule généralement à l'aide de la mesure de couple. Ainsi la pression moyenne due aux frottements (PMF) peut prendre de faibles valeurs. Elle est systématiquement entachée des erreurs sur la PMI et sur la PME. Il est donc intéressant d'améliorer la précision sur la PMI lorsque l'on calcule la PMF. Par ailleurs les méthodes connues de calcul de la PMI partent de l'hypothèse selon laquelle la vitesse de rotation du vilebrequin est constante quel que soit le régime-moteur. En fait ceci n'est pas exact, la vitesse instantanée du piston varie. n'est pas constante surtout aux faibles charges. Cette approximation selon l'art antérieur induit donc une source d'imprécision. La présente invention a essentiellement pour objectif d'améliorer la précision sur la PMI. Ces objectifs sont atteints pour la présente invention qui a pour objet un procédé de détermination de la pression moyenne indiquée (PMI) d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il consiste, pour chaque cylindre du moteur, a: - déterminer la vitesse instantanée d'un piston associé audit cylindre du moteur; - mesurer la pression instantanée dans ledit cylindre; - calculer l'intégrale dans le temps du produit de la pression instantanée par la 1 5 vitesse instantanée; - Diviser ladite intégrale par la course du piston Lp dans ledit cylindre afin d'obtenir la PMI dans un cylindre donné, puis éventuellement faire la moyenne des PMI ainsi obtenues dans chacun des cylindres du moteur, pour obtenir ladite PMI du moteur. Selon l'invention, l'étape de détermination de la vitesse instantanée est obtenue en mesurant l'accélération et en intégrant ledit signal d'accélération. Avantageusement, on utilise un calculateur qui détermine ou reçoit ladite vitesse instantanée, reçoit ladite pression instantanée et traite lesdites valeurs pour donner, en sortie, ladite PMI. Selon un aspect de l'invention, l'on synchronise les mesures de pression et de vitesse ou d'accélération sur chaque cylindre. Il est aussi possible de synchroniser les mesures sur l'ensemble des cylindres du moteur. L'invention vise en outre un dispositif de détermination de la pression moyenne indiquée (PMI) d'un moteur à combustion interne comprenant au moins une chambre de combustion délimitée par un cylindre, un piston et une culasse, au moins un moyen destiné à mesurer la pression instantanée dans ladite chambre de combustion. Selon l'invention, le dispositif comprend - au moins un moyen destiné à déterminer la vitesse instantanée d'un piston dans ladite chambre de combustion; - un moyen de calcul de l'intégrale dans le temps du produit de ladite pression par ladite vitesse instantanée; - un moyen de calcul de la PMI dans ledit cylindre, obtenu en divisant l'intégrale par la course du piston; - un moyen de calcul de la PMI de l'ensemble des cylindres du moteur. De façon particulière, le moyen de détermination de la vitesse instantanée comprend un moyen de mesure de l'accélération instantanée associé à un moyen d'intégration dans le temps de ladite accélération. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend en outre un moyen de synchronisation des mesures de pression et de vitesse ou d'accélération dans ladite chambre de combustion d'un cylindre. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif peut comprendre en outre un moyen de synchronisation des mesures sur l'ensemble des cylindres du moteur. L'invention sera mieux comprise, d'autres détails, caractéristiques et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure I est un schéma de principe montrant un moteur équipé selon l'invention: - la figure 2 est un organigramme illustrant l'organisation du calcul de la PMI selon l'invention; - la figure 3 concerne les courbes obtenues à partir des mesures synchronisées d'accélération du piston et de la pression dans la chambre de combustion. Il est connu de calculer la PMI à partir de la formule cinématique de la 1 dV dérivée du volume PMI =, P-ddO, comme énoncé en tête de la description. La présente invention propose une démarche différente afin d'éliminer les sources d'erreur habituelles. En effet, par définition PMI =- V Pc ScT dx dxt V.. P ?dt Vi |C!{ SC! dt d I L Pc. Vp dt avec S:.t = section du cylindre v Lp = -'- = course du piston Scyl xP = position instantanée du piston dxp dt = Vp = vitesse instantanée du piston En mesurant la vitesse instantanée (c'est-à-dire à des instants différents du cycle moteur) du piston simultanément à la pression dans le cylindre, il n'est plus nécessaire d'avoir une mesure de l'angle vilebrequin. Ceci évite donc les problèmes liés au calage angulaire évoqués ci-avant. Il est donc nécessaire, selon l'invention, de synchroniser les mesures de vitesse et de pression grâce à un système d'acquisition approprié. La figure I montre schématiquement une coupe longitudinale d'un moteur susceptible de mettre en oeuvre l'invention. Celui-ci comprend une chambre de combustion I délimitée par un piston 2, un cylindre 3 et la culasse 4. Un capteur de pression 10 est disposé par exemple au niveau de la culasse 4 afin de donner la pression instantanée régnant dans la chambre de combustion 1. t Par ailleurs, un capteur de vitesse 20 peut être placé sur le piston lui-même afin de délivrer des valeurs de vitesses à différents instants du cycle moteur. Un accéléromètre peut être utilisé sans sortir du cadre de l'invention: un intégrateur est alors utilisé pour déterminer la vitesse instantanée correspondante. Un filtrage haute fréquence peut être nécessaire afin d'éliminer les données "parasites" de la vitesse du piston. Les valeurs de pression et de vitesse instantanées sont délivrées à un système d'acquisition et de traitement qui va effectuer le calcul de la PMI dans un cylindre puis sur l'ensemble des cylindres du moteur. La figure 2 montre les principales étapes du traitement. Il s'agit d'abord d'acquérir la pression (pi) à un instant donné (t,) du cycle et simultanément la vitesse (Vi) ou l'accélération (ai) du piston. Si l'on dispose d'un accéléromètre, un intégrateur numérique ou électronique, est alors nécessaire pour atteindre la vitesse correspondante. Le système d'acquisition 30 mémorise donc (pi), (Vi) et calcule le produit (Pix, Vix, t) pour un instant ti, puis si le cycle moteur n'est pas achevé ti est incrémenté d'un pas (Ati) et une nouvelle acquisition de pi et Vi est opérée... suivie du calcul du nouveau produit (pi x vi x Ati) pour l'instant (ti + At,). Une sommation est faite sur l'ensemble des produits (pi x vi x ti). On obtient ainsi une valeur S = E pi vi Ati sur un cycle-moteur. La PMI peut être obtenue en divisant S par Lp course du piston, en mémoire dans le système 30. On obtient ainsi la PMI dans un cylindre pour un cycle donné. On peut ensuite faire la moyenne des PMI obtenues pour avoir la PMI cycle à cycle du cylindre. Il est aussi possible de faire la moyenne des PMI de chaque cylindre pour obtenir une PMI "moteur", caractéristique du fonctionnement du moteur. Ce qui vient d'être énoncé est une méthode permettant de calculer l'intégrale P.V dt. Tout autre méthode et/ou tout autre moyen permettant d'approcher le produit P.V. peut être utilisé sans sortir du cadre de la présente invention. La figure 3 concerne des courbes obtenues selon l'invention. La courbe A en pointillés donne l'accélération (y) du piston à différents instants d'un cycle-moteur. L'accélération est ici exprimée en m/s2. La pression relative est représentée sur la courbe P, et varie ici de -2, 5 bars à 22 bars. Ces deux mesures sont acquises simultanément à des instants ti comme expliqué en relation avec la figure 2. Vis-à-vis des méthodes connues, la présente invention permet donc d'éviter les imprécisions sur la mesure de l'angle vilebrequin. Elle permet en outre de ne pas utiliser une formule cinématique et donc d'éliminer plusieurs sources d'erreur. Les acquisitions nécessaires à l'invention, à savoir la pression instantanée et la vitesse ou l'accélération instantanée correspondante sont relativement aisées, sources de peu d'erreur. Le traitement en lui-même est tout aussi facile. Il peut être effectué en temps réel, pendant le fonctionnement du moteur. Ceci permet alors de connaître en permanence la PMI du moteur. Le traitement selon l'invention peut aussi être effectué après la phase d'acquisition. REVENDICATIONS 1) Procédé de détermination de la pression moyenne indiquée (PMI) d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il consiste, pour chaque cylindre du moteur, à: - déterminer la vitesse instantanée d'un piston associé audit cylindre du moteur; - mesurer la pression instantanée dans ledit cylindre; - calculer l'intégrale dans le temps du produit de la pression instantanée par la vitesse instantanée; - diviser ladite intégrale par la course du piston Lp dans ledit cylindre l10 afin d'obtenir la PMI dans un cylindre donné. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à faire la moyenne des PMI obtenues dans chacun des cylindres du moteur, pour obtenir ladite PMI du moteur. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape de détermination de la vitesse instantanée est obtenue en mesurant l'accélération et en intégrant ledit signal d'accélération. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise un calculateur qui détermine ou reçoit ladite vitesse instantanée, reçoit ladite pression instantanée et traite lesdites valeurs pour donner, en sortie, ladite PMI.' ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on synchronise les mesures de pression et de vitesse ou d'accélération sur chaque cylindre. 6) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on synchronise les mesures sur l'ensemble des cylindres du moteur. 7) Dispositif de détermination de la pression moyenne indiquée (PMI) d'un moteur à combustion interne comprenant au moins une chambre de combustion (1) délimitée par un cylindre (3), un piston (2) et une culasse (4), au moins un moyen t ( 10) destiné à mesurer la pression instantanée dans ladite chambre de combustion (). caractérisé en ce qu'il comprend en outre - au moins un moyen (20) destiné à déterminer la vitesse instantanée d'un piston dans ladite chambre de combustion (1); - un moyen (30) de calcul de l'intégrale dans le temps du produit de ladite pression par ladite vitesse instantanée; - un moyen (30) de calcul de la PMI dans ledit cylindre, obtenu en divisant l'intégrale par la course du piston; - un moyen de calcul de la PMI sur au moins un des cylindres du moteur. 8) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit moyen (30) de calcul permet de calculer la PMI sur l'ensemble des cylindres du moteur. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le moyen (20) de détermination de la vitesse instantanée comprend un moyen de mesure de l'accélération instantanée associé à un moyen d'intégration dans le temps de ladite accélération. ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de synchronisation des mesures de pression et de vitesse ou d'accélération dans ladite chambre (1) de combustion d'un cylindre. l 1) Dispositif selon l'une quelconque des revendication 7 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de synchronisation des mesures sur l'ensemble des cylindres du moteur.