Brevet FR2892463A1 — publié le 20070427

Procédé et dispositif d'amélioration de la précision de l'information angle moteur instantané d'un moteur à combustion interne La présente invention concerne le domaine de la diminution d'émission de polluants de moteur à combustion interne et plus particulièrement la réduction des dispersions sur la connaissance de l'angle instantané de rotation d'un moteur à combustion interne par un principe d'amélioration de la précision de l'information de l'angle moteur instantané. Les restrictions d'émissions de polluant de plus en plus sévères ainsi que la course à la baisse de la consommation des motorisations, incitent les ~o constructeurs automobiles à développer de nouvelles stratégies de dépollution et de mise au point des systèmes de combustion. Certaines valeurs remarquables peuvent être utilisées pour le contrôle du fonctionnement du moteur, comme par exemple la valeur de l'angle du vilebrequin. En effet, les moteurs à combustion interne ont un rendement de is combustion dépendant de l'angle moteur auquel a lieu le début de la combustion. La connaissance de l'angle instantané de rotation d'un moteur à combustion interne repose classiquement sur l'information d'un capteur à effet hall traduisant les motifs d'une roue dentée solidaire du vilebrequin. 20 Cette chaîne d'acquisition comporte des dispersions allant de l'usinage de la roue dentée à l'étage d'entrée du calculateur moteur en passant par le capteur. Il en résulte une dispersion sur l'information disponible au niveau du calculateur moteur. Or cette information est utilisée par le calculateur moteur pour piloter 25 des actionneurs ayant des conséquences sur la combustion et donc les performances et les émissions de polluant. La dispersion de cette information agit donc directement sur les dispersions d'émission de polluants en série et oblige à prendre de la marge par rapport au potentiel de performances du moteur. Le brevet US 4 892 075 décrit un système permettant d'éviter ce problème. Ce système comprend un capteur de pression dans la chambre de combustion et un dispositif de détermination de l'angle du vilebrequin. Dans un premier temps une mesure de pression est effectuée pour trois angles différents prédéterminés et se situant dans une échelle de grandeur autour du meilleur angle. Ensuite l'angle maximum est calculé par une équation quadratique utilisant la valeur de pression. Après comparaison avec le meilleur angle, l'allumage est retardé ou avancé par rapport à l'angle du capteur selon les résultats. io Bien qu'il permette d'effectuer une correction de l'erreur sur l'angle, ce système reste compliqué car il nécessite l'utilisation d'équations mathématique complexes ainsi que beaucoup de moyens pour mesurer d'une part la pression, d'autre part l'angle du vilebrequin, pour comparer les valeurs obtenues et définir le meilleur angle. 15 La présente invention a donc pour objet de supprimer un ou plusieurs des inconvénients de l'art antérieur. Ce but est atteint en définissant procédé d'amélioration de la précision de l'information angle moteur instantané, d'un moteur à combustion interne comportant au moins un calculateur, une chambre de combustion, un 20 vilebrequin, et qui consiste à : - mémoriser une courbe de référence représentant pour les valeurs du régime d'un moteur de mise au point pour différentes valeurs d'avance à l'injection ou l'allumage. - mesurer les valeurs du régime instantané du moteur étudié pour 25 différentes valeurs d'avance à l'injection ou l'allumage, - déterminer par le calculateur pour une même valeur de régime, correspondant à la valeur du régime instantanée du moteur étudié, l'écart d'avance à l'injection ou l'allumage entre le moteur étudié et le moteur de mise au point en utilisant la courbe de référence mémorisée, afin de déduire 30 l'erreur sur l'information de l'angle du vilebrequin. recaler par correction de l'erreur sur l'information de l'angle du vilebrequin au niveau du calculateur. Selon une autre particularité du procédé, celui ci comporte une étape préalable permettant d'établir la courbe de référence en mesurant la valeur s du régime d'un moteur de mise au point pour différentes valeurs d'avance à l'injection. Selon une autre particularité du procédé, celui-ci comporte une étape de recalage de l'angle par correction de l'erreur en ajoutant l'écart entre les valeurs de l'angle du moteur de mise au point et la valeur de l'angle mesuré io du moteur étudié, à la valeur de l'angle mesuré du moteur étudié. Le principe de l'invention étant d'observer le rendement du moteur par l'intermédiaire du régime exprimé en tour/mn et, en le comparant à une référence étalon, en déduire l'erreur sur l'information angle moteur instantané. Cette erreur pouvant alors être stockée en mémoire pour être 15 corrigée pendant toute la vie du moteur : Selon une autre particularité du procédé la même quantité de carburant est injectée pour chaque valeur d'avance à l'injection ou l'allumage. Selon une autre particularité du procédé la courbe de référence est 20 établie en effectuant des mesures sur un moteur de mise au point. Selon une autre particularité du procédé l'injection se fait à un angle et à des conditions ambiantes choisies de façon à se situer dans une zone de fort gradient de rendement. Selon une autre particularité du procédé les mesures sont effectuées 25 dans une portion de la courbe du régime moteur en fonctions de l'avance à l'injection ou la pente est plus forte. Selon une autre particularité le procédé peut être utilisé pour un moteur, diesel ou essence, sous pression constante. Un autre but est une utilisation du procédé dans un circuit de contrôle 30 de l'injection ou de l'allumage par mémorisation des informations d'écart d'angle et utilisation des mesures d'angle, fournies pour corriger les mesures d'angle, pour contrôler l'avance à l'injection ou l'allumage. Un autre but est de proposer un dispositif embarqué utilisant le résultat obtenu par la mise en oeuvre du procédé comprenant : - un capteur permettant de mesurer l'angle du vilebrequin instantané, - un calculateur comportant des moyens de mémorisation des s valeurs de correction de l'angle pour commander l'injection en fonction de l'angle recalé. Un autre but est de proposer un dispositif embarqué ou non utilisant le procédé et comprenant des moyens permettant la détermination de la valeur d'angle du moteur de mise au point pour un régime moteur donné et des io moyens d'ajouter l'écart entre la valeur de l'angle du moteur de mise au point et la valeur de l'angle mesuré du moteur étudié, à la valeur de l'angle mesuré du moteur étudié. L'invention, avec ses caractéristiques et avantages, ressortira plus clairement à la lecture de la description faite en référence aux dessins is annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique du dispositif selon l'invention; - la figure 2 est un organigramme représentant les différentes étapes du procédé selon l'invention. - la figure 3 est un graphique sur lequel sont tracées les deux 20 courbes selon l'invention. - la figure 4 est un graphique illustrant le choix de la zone de comparaison L'invention va à présent être décrite en référence aux figures 1 à 4. Sur la figure 1, est présenté une partie d'un moteur à combustion 25 interne, comportant une culasse (11) et au moins un cylindre (12). Un piston (13) qui coulisse dans chaque cylindre (12) définit, avec celui-ci et la culasse (11) une chambre de combustion 14 dans laquelle débouche un injecteur ou une bougie d'allumage. Le piston (13) entraîne en rotation, par l'intermédiaire d'une bielle (17), un vilebrequin (non représenté). Ce 30 vilebrequin est relié à un capteur (19), de type connu, permettant de détecter la valeur instantanée de l'angle du vilebrequin. Un calculateur (18), comprenant, de façon traditionnelle, un microprocesseur relié à une zone de mémoire, reçoit du capteur (19) d'angle de vilebrequin un signal représentatif de la valeur instantanée de l'angle du vilebrequin en fonction du temps. De plus, le calculateur (18) a accès à un ensemble de données représentatives s de l'état du moteur, soit en étant directement relié à des capteurs dédiés, soit en étant relié à un bus de données sur lequel ces données sont disponibles. Le calculateur (18) est, en outre, adapté pour réaliser diverses opérations mathématiques sur les données précédentes afin, par exemple, d'obtenir des valeurs directement utilisables ou interprétables. io Ce dispositif permet donc de mesurer l'angle instantané du vilebrequin aussi appelé angle moteur. L'objectif de l'invention est de corriger une erreur sur la valeur de l'angle instantané du vilebrequin. Pour cela le calculateur comporte des moyens de calcul qui vont permettre de comparer cette valeur à une valeur is de référence, puis de recaler en corrigeant la valeur instantanée. Dans le cas d'un moteur diesel, le calculateur moteur commande une injection pour un angle moteur prédéfini dans des conditions ambiantes déterminées. La méthode proposée illustrée sur la figure 2 consiste donc à balayer 20 une plage d'avances à l'injection (pour un moteur essence c'est une avance à l'allumage) avec une quantité de carburant injectée constante pour déterminer (2) la valeur du régime en tour/mn, et d'obtenir une courbe (T) , ou une partie d'une courbe, du type de celle de la figure 3 représentant l'évolution du régime en fonction de l'angle d'avance à l'injection compris par 25 exemple dans une plage de -4 à 0 . Puis par comparaison (4) avec une courbe semblable (R) obtenue sur un moteur de référence (3), par exemple un moteur ayant servi à la mise au point des émissions de polluants, il est ainsi possible de déterminer l'écart entre la connaissance de l'angle sur le moteur de référence, et celle sur le moteur considéré. Cela permet de savoir 30 à quel angle moteur l'injection a réellement eu lieu et donc d'identifier l'écart entre l'information fournie au calculateur et la réalité. Le calculateur peut ainsi recaler (5) la valeur instantanée. ô La quantité injectée pour les mesures est de 6.5 mg/coup et la pression est de 300 bars. Le calculateur du moteur de production recherche donc les points caractéristiques de sa courbe pour les comparer aux points caractéristiques de la courbe du moteur de référence. Il s'agit par exemple d'un maximum sur la courbe. Il recale ensuite ses angles déterminés, en fonction de la comparaison. Comme illustré sur la figure 4 on voit qu'une erreur de 10 sur la connaissance de l'angle moteur aura pour conséquence une variation de to régime de 2 tr/min dans la zone (A), alors que la variation sera de 20 tr/min dans la zone (B). Il ne s'agit que d'un schéma de principe. Dans la réalité on peut avoir des variations encore plus fortes. Pour comparer les courbes obtenues, on pourra donc en chercher des points caractéristiques : au lieu des maxima comme suggéré plus haut, on pourrait utiliser les points de is pentes maximales. Cet écart peut ainsi être stocké pour être utilisé comme offset sur les commandes pendant la vie du moteur de production. Afin d'améliorer la précision de la reconnaissance, l'angle de commande ainsi que les conditions ambiantes seront choisies de façon à se situer dans une zone de 20 fort gradient de rendement. Sur l'exemple de la figure 3, cela correspond aux avances inférieures à -3 . L'important pour un moteur de série n'étant pas de déterminer un angle réel le plus proche possible de la réalité, mais de déterminer un angle le plus proche possible de celui qu'aurait donné le moteur de référence pour 25 la même position du vilebrequin. D'un moteur à l'autre, la dispersion sur la connaissance de l'information de l'angle moteur va faire que pour une même avance déterminée par le calculateur correspond une avance réelle différente. Dans certains intervalles une erreur de 1 par exemple aura une faible influence 3o sur le régime, alors que dans d'autre intervalle cette erreur aura une grande influence sur le régime. Ce phénomène est reproductible d'un moteur à un autre. Bien sûr, des dispersions liées à la fabrication vont induire des régimes légèrement différents. Par exemple un moteur affecté de plus de frottements tournera légèrement moins vite pour une même avance. Sa courbe sera donc légèrement décalée ou écrasée, par rapport à celle du moteur de référence. Une variante consiste à se baser sur l'angle de calage. Au lieu de chercher à obtenir une courbe et à la comparer à des courbes de référence, on peut aussi chercher à exploiter uniquement l'angle de calage du moteur. C'est un point facile à reconnaître. En l'associant à la température du moteur, on peut couvrir un nombre important de cas en utilisant un minimum ~o de ressource mémoire. La température joue non seulement sur les frottements, mais aussi sur le rendement du cycle thermodynamique en modifiant les échanges aux parois. Sa variation est toutefois trop faible pour compenser la variation de l'angle d'injection. 15 Il est prévu que certains moteurs subissent pour la totalité de leur production des tests en usine. Sur un banc spécifique, le moteur réalise un cycle de fonctionnement destiné à déceler d'éventuels défauts. Ce cadre serait le plus favorable pour réaliser une optimisation de la connaissance de l'angle moteur. Le contrôle notamment de la température et 20 de la charge appliquée au moteur, permettent une bonne reproductibilité des conditions. On peut aussi s'affranchir de la mise en route des ventilateurs grâce à la présence d'une ventilation externe. Lors de ces cycles, le moteur sera contrôlé non pas par le logiciel de son calculateur, mais par une unité externe. C'est une version du Remote Control . L'avantage en est que l'on 25 peut développer la séquence de test plus facilement et à moindre coût. En effet les contraintes de place mémoire, de capacité de calcul et de compatibilité avec d'autres fonctions sont amoindries. Le Remote Control gérera la variation d'avance, la stabilité de la pression rail, le blocage de la recirculation des gaz d'échappement (EGR), etc... II recevra du moteur 30 l'information de régime et appliquera l'algorithme de comparaison avec les courbes de références. L'erreur estimée sur la connaissance de l'angle moteur pourra ensuite être enregistrée dans la mémoire du calculateur pour qu'il applique une correction lors du fonctionnement normal du véhicule. Un dernier avantage du test en usine est qu'il permet de rajouter des capteurs. On pourrait ajouter pour les moteurs qui en sont dépourvus un capteur de température d'huile et effectuer une interpolation en fonction des s températures d'eau et d'huile. De plus si l'on utilise le même capteur pour tous les moteurs, on supprime une cause de dispersion. Les conditions pour réussir de tels essais sont donc idéales en usine. Par contre, ils ne seront plus réalisables ultérieurement et notamment en après vente où l'on ne disposera pas d'un banc moteur adéquat. Si l'on veut pouvoir compenser 10 une dérive due au vieillissement et réaliser une telle séquence de test sur le véhicule au cours de sa vie, il faudra renoncer au contrôle de certains paramètres et accepter une baisse de la précision. Cela permettrait tout de même de repérer les dérives extrêmes. Parmi les défauts de cette méthode, il faut citer les dispersions autres 15 que celle sur la connaissance de l'angle moteur, et qui vont fausser la comparaison des résultats. On pense notamment à la dispersion sur la quantité injectée. Ainsi, si la quantité injectée réelle est légèrement plus grande que celle injectée lors de l'établissement de la courbe de référence, le régime sera plus élevé. Afin de minimiser l'influence de ce paramètre par 20 rapport à la connaissance de l'angle moteur, on va choisir une portion de la courbe où la pente est forte, c'est-à-dire où l'influence de la connaissance de l'angle moteur est prépondérante devant les autres paramètres, de façon à minimiser l'effet de ces derniers. Un autre problème de cette méthode vient de ses conditions de 25 réalisation. Si elle est mise en oeuvre à bord d'un véhicule, elle doit être exécutée véhicule à l'arrêt sans charge. Dans ce cas, comme on l'a vu une faible variation de l'avance peut engendrer une forte variation de régime. Le calage du moteur est donc facile à atteindre, et la plage de variation d'avance pour être sûr de l'éviter est restreinte, surtout en raison des 3o dispersions sur la quantité injectée, sur les frottements, les accessoires,... qui vont induire une déformation de la courbe. II doit être évident pour l'homme du métier que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiquée. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes, et l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Procédé d'amélioration de la précision de l'information angle moteur instantané, d'un moteur à combustion interne comportant au moins un calculateur (18) , une chambre de combustion (14), un vilebrequin, caractérisé en ce qu"il consiste à : Mémoriser une courbe de référence représentant les valeurs du régime (2) d'un moteur de mise au point pour différentes valeurs d'avance à l'injection ou l'allumage. io - mesurer les valeurs du régime instantané (3) du moteur étudié pour différentes valeurs d'avance à l'injection ou l'allumage, déterminer (4) par le calculateur pour une même valeur de régime, correspondant à la valeur du régime instantanée du moteur étudié, l'écart d'avance à l'injection ou l'allumage entre le moteur étudié et le 15 moteur de mise au point en utilisant la courbe de référence mémorisée, afin de déduire l'erreur sur l'information de l'angle du vilebrequin. - recaler (5) la valeur du régime instantané par correction de l'erreur sur l'information de l'angle du vilebrequin au niveau du calculateur. 2 Procédé d'amélioration de la précision de l'information angle moteur 20 instantané, d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une étape préalable permettant d'établir la courbe de référence en mesurant la valeur du régime d'un moteur de mise au point pour différentes valeurs d'avance à l'injection. 3. Procédé d'amélioration de la précision de l'information angle moteur 25 instantané, d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une étape de recalage de l'angle par correction de l'erreur en ajoutant l'écart entre les valeurs de l'angle du moteur de mise au point et la valeur de l'angle mesuré du moteur étudié, à la valeur de l'angle mesuré du moteur étudié.4. Procédé d'amélioration de la précision de l'information angle moteur instantané d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1 caractérisé en ce que la même quantité de carburant est injectée pour chaque valeur d'avance à l'injection ou l'allumage. s 5. Procédé d'amélioration de la précision de l'information angle moteur instantané d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1 caractérisé en ce que la courbe de référence est établie en effectuant des mesures sur un moteur de mise au point. 6. Procédé d'amélioration de la précision de l'information angle moteur lo instantané d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'injection se fait à un angle et à des conditions ambiantes choisies de façon à se situer dans une zone de fort gradient de rendement. 7. Procédé d'amélioration de la précision de l'information angle moteur instantané d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1 les 15 mesures sont effectuées dans une portion de la courbe du régime moteur en fonctions de l'avance à l'injection ou la pente est plus forte. 8. Procédé d'amélioration de la précision de l'information angle moteur instantané d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il peut être utilisé pour un moteur, diesel ou essence, sous 20 pression constante. 9. Utilisation du procédé selon la revendication 1 dans un circuit de contrôle de l'injection ou de l'allumage par mémorisation des informations d'écart d'angle et utilisation des mesures d'angle, fournies pour corriger les mesures d'angle, pour contrôler l'avance à l'injection ou l'allumage. 25 10. Dispositif embarqué utilisant le résultat obtenu par la mise en oeuvre préalable du procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend: un capteur (19) permettant de mesurer l'angle du vilebrequin instantané, un calculateur (18) comportant des moyens de mémorisation des valeurs de correction de l'angle pour commander l'injection en fonction de l'angle 30 recalé.11. Dispositif embarqué ou non utilisant le procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens permettant la détermination de la valeur d'angle du moteur de mise au point pour un régime moteur donné et des moyens d'ajouter l'écart entre la valeur de l'angle du moteur de mise au point et la valeur de l'angle mesuré du moteur étudié, à la valeur de l'angle mesuré du moteur étudié.