Brevet FR2886729A1 — publié le 20061208

L'invention concerne un procédé pour déterminer une valeur de niveau de bruit de combustion généré par un moteur thermique à injection tel qu'un moteur Diesel. Au cours du développement d'un moteur thermique, l'évaluation du niveau bruit de combustion est réalisée à partir d'essais sur banc anéchoïque. Ces essais sont réalisés en faisant fonctionner le moteur selon différentes conditions de fonctionnement, par exemple à différents régimes et selon différents niveaux de charge pour chaque régime. Un jury d'experts écoute ce moteur pour lui attribuer une note représentative du niveau de bruit, pour chaque condition de fonctionnement testée. L'utilisation d'un banc anéchoïque et la nécessité de réunir un jury d'experts constituent cependant une démarche coûteuse et peu flexible. En complément des essais sur banc anéchoïque, on recourt donc aussi à des essais basés sur des mesures de pression instantanée dans les chambres de combustion du moteur pour évaluer le niveau de bruit de combustion généré par le moteur. Ces essais complémentaires consistent notamment à recueillir des courbes de la pression dans une ou plusieurs chambre de combustion durant plusieurs cycles moteur, selon différentes conditions de fonctionnement. Les courbes de pression obtenues sont moyennées et dérivées pour constituer des courbes représentatives du gradient de pression durant un cycle, et ce, pour chaque condition de fonctionnement. La valeur maximale du gradient de pression durant un cycle est ensuite déterminée pour chaque condition de fonctionnement testée. La valeur ainsi déterminée est significative du niveau de bruit du moteur, c'est-à- dire qu'elle présente une certaine corrélation avec les notes attribuées par le jury lors des essais sur banc anéchoïque. Une courbe d'étalonnage peut ainsi être établie sur la base d'un premier essai sur banc anéchoïque au cours duquel des mesures de pression sont effectuées parallèlement à la notation établie par le jury, pour chaque condition de fonctionnement testée. Cette courbe d'étalonnage est destinée à déterminer, à partir de la valeur maximale du gradient de pression durant un cycle, la note correspondante qui aurait théoriquement été attribuée par le jury. Il est ainsi possible de modifier la conception du moteur ou de changer des paramètres d'injection pour évaluer, grâce à de nouvelles mesures de pression, des notes représentatives du niveau de bruit de ce moteur, sans avoir à procéder à un nouvel essai sur banc anéchoïque avec jury d'experts. D'une façon plus générale, la détermination du niveau de bruit de combustion d'un moteur thermique consiste à utiliser une méthode basée sur des mesures de pression, qui présente la meilleure corrélation possible avec des essais sur banc anéchoïque avec un jury d'experts, afin de réduire les coûts de développement d'un moteur. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour déterminer un niveau de bruit de combustion généré par un moteur thermique à injection, consistant à : - équiper ce moteur d'au moins un capteur délivrant un signal représentatif de la pression dans au moins une chambre de combustion; - appliquer un traitement de dérivation au signal issu du capteur pour former un signal représentatif du gradient de pression dans cette chambre de combustion; - déterminer le niveau de bruit par application d'un traitement d'identification de la différence entre la valeur du gradient lorsque ce gradient atteint un maximum local subséquent à une injection, et la valeur du gradient à l'instant de cette injection. Selon une caractéristique de l'invention, le maximum local subséquent à l'injection est détecté par annulation de la dérivée du gradient de pression. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé est appliqué à un moteur incluant plusieurs injections durant chaque cycle de combustion, et il consiste à déterminer le niveau de bruit sur la base de la différence de gradient induite par chaque injection, et à retenir comme niveau de bruit de combustion, la valeur maximale parmi toutes les différences. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé est appliqué à un moteur incluant une injection dite pilote et une injection dite principale durant chaque cycle de combustion, consistant à déterminer le niveau de bruit sur la base de la différence de gradient induite par l'injection pilote et sur la base de la différence de gradient induite par l'injection principale, et à retenir comme niveau de bruit de combustion, la valeur maximale parmi ces deux différences. Selon une autre caractéristique de l'invention, le traitement de détermination de la dérivée de la pression détermine la dérivée de la pression par rapport à un angle de rotation du moteur. L'invention concerne également un procédé pour déterminer dans un moteur à injection, des paramètres d'injection conduisant à un niveau de bruit inférieur à une valeur prédéterminée, incluant une étape de détermination du bruit de combustion selon l'une des revendications précédentes. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux dessins annexés qui en illustrent une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 est un diagramme donnant une première courbe de gradient de pression d'une chambre de combustion; La figure 2 est un diagramme donnant une seconde 35 courbe de gradient de pression d'une chambre de combustion; La figure 3 est un diagramme montrant des notes de jury d'experts en fonction des valeurs de maximum du gradient selon l'Etat de la technique; La figure 4 est un diagramme montrant des notes de 5 jury d'experts en fonction des différences de valeurs du gradient selon l'invention; La figure 5 est une cartographie de moteur sur la base du maximum de gradient selon l'Etat de la technique; La figure 6 est une cartographie de moteur sur la base des différences de gradients selon l'invention. Les figures 1 et 2 comprennent chacune un diagramme représentatif du gradient de pression dans une chambre de combustion d'un moteur, chaque diagramme incluant une courbe, respectivement GP1, GP2 donnant la valeur du gradient de pression en ordonnée, en fonction de l'angle de rotation du moteur en abscisses. Ces courbes sont représentatives du gradient de pression pendant un intervalle de temps débutant légèrement avant une injection et se terminant après cette injection, l'axe des abscisses étant gradué entre 50 et +50 degrés d'angle de rotation du moteur, la valeur de 0 degrés correspondant à un point de référence d'un cycle de combustion à savoir un point mort haut de boucle haute pression du cycle moteur. Les valeurs de gradient de pression résultent par exemple de signaux issus d'un ou plusieurs capteurs de la pression dans une ou plusieurs chambre de combustion, un traitement de filtrage et de dérivation ayant été appliqué à ces signaux, soit en temps réel, soit après acquisition. Il s'agit avantageusement de courbes moyennes, c'est à dire résultant par exemple de valeurs de pression mesurées sur une centaine de cycles moteur, ces valeurs étant issues de différentes chambres de combustion. Les courbes GP1 et GP2 correspondant soit à deux moteurs différents, soit à des conditions de fonctionnement différentes d'un même moteur. Ces deux courbes GP1 et GP2 correspondent à des moteurs à injection multiple, dans lesquels un cycle moteur comprend d'une part une injection pilote repérée respectivement par Ipill et Ipil2, suivie d'une injection principale repérée respectivement par Ipall et Ipal2. L'injection pilote est une injection d'une faible quantité de carburant réalisée quelques millisecondes avant l'injection principale. Elle fait diminuer le gradient de pression dans la chambre de combustion, ce qui a notamment pour effet de réduire le bruit de combustion. Comme visible dans ces deux diagrammes, chaque injection, qu'elle soit pilote ou principale, est suivie d'une augmentation importante du gradient de pression, puis d'une diminution de ce gradient. Chaque injection est ainsi suivie d'un maximum local du gradient de pression, les maximums locaux suivant les injections Ipill, Ipall, Ipil2 et Ipal2 étant repérés respectivement par Mpill, Mpall, Mpil2 et Mpal2. Selon l'invention, le niveau de bruit de combustion est évalué en déterminant une différence de valeurs du gradient de pression, appelée dérivée de pression du pic de prémélange, notée D3P. Ce pic de prémélange D3P est la différence, pour une injection, entre la valeur du gradient de pression lors du maximum local suivant cette injection et la valeur de gradient de pression à l'instant de l'injection. D3P constitue ainsi un indicateur de la violence d'auto-inflamation. Il a en effet été constaté que cette différence de valeurs de gradient présente une excellente corrélation avec les notes attribuées par un jury d'experts sur un banc d'essai anéchoïque. L'injection prise en compte pour déterminer cette différence de valeurs de gradient peut être l'une ou l'autre des injections qui interviennent dans un cycle d'un moteur à injection multiple. Plusieurs injections peuvent également être prises en compte pour déterminer le niveau de bruit. Dans les diagrammes de la figure 1 et de la figure 2, on a repéré par D3Ppill, D3Ppall, et D3Ppil2, D3Ppal2, la différence de gradient de pression, induite respectivement par les injections Ipill, Ipall, Ipil2 et Ipal2. Dans le cas du diagramme de la figure 1, la valeur D3Ppall de niveau de bruit pour l'injection principale Ipall est supérieure à celle du niveau de bruit D3Ppill pour l'injection pilote. Cependant, dans le cas du diagramme de la figure 2, c'est l'inverse, et le niveau de bruit D3Ppil2 pour l'injection pilote, a une plus grande valeur que le niveau de bruit D3Ppal2 correspondant à l'injection principale. Avantageusement, le niveau de bruit de combustion retenu est la valeur maximale parmi les différences de gradients induites par chaque injection considérée. Dans le cas d'un moteur comprenant une injection pilote et une injection principale tel qu'illustré sur les diagrammes, il s'agit donc du maximum entre D3Ppill et D3Ppall pour le diagramme de la figure 1, et du maximum entre D3Ppil2 et D3Ppal2 dans le cas du diagramme de la figure 2. Les diagrammes des figures 3 et 4 montrent les relations existant entre des mesures issues de valeurs de pression de combustion et des notes correspondantes attribuées par un jury d'experts sur banc anéchoïque. Ils donnent des valeurs de notes attribuées par un jury d'experts en ordonnée, en fonction de valeurs de gradient de pression en abscisse. Une note élevée du jury correspond à un moteur peu bruyant, c'est-à-dire dans lequel les gradients de pression dans la chambre de combustion ont des valeurs faibles. Dans le cas de la figure 3, la valeur de gradient de pression considérée est celle de l'Etat de la technique, à savoir le maximum du gradient de pression sur un cycle. Dans le cas de la figure 4, la valeur de gradient considérée est la différence de gradients induite par une injection, conformément à l'invention. Le diagramme de la figure 3 comprend une première courbe d'étalonnage repérée par EtA, et une seconde courbe repérée par QpilA. Chacune de ces deux courbes est issue d'essais sur banc anéchoïque durant lesquels un moteur a été testé selon différentes conditions de fonctionnement. En ce qui concerne la courbe EtA, chaque condition de fonctionnement testée est représenté par un point en forme losange, ayant pour abscisse la valeur du maximum de gradient de pression, et pour ordonnée la note attribuée par le jury d'experts. La courbe EtA en soi est une courbe médiane des différents points ainsi déterminés. Les différentes conditions de fonctionnement ont ici été obtenues en faisant varier un premier paramètre de réglage. Ce paramètre est par exemple une valeur de pression d'injection encore appelée pression du rail d'injection, ou une quantité de gaz d'échappement recyclé encore connu sous l'acronyme anglais EGR (Exhausted Gas Recycling). La seconde courbe, repérée par QpilA, est représentative d'un autre essai réalisé sur ce même moteur, mais dans lequel les différentes conditions de fonctionnement ont été obtenues en faisant varier un paramètre autre que celui qui a été utilisé pour établir la courbe EtA. Dans le cas présent, cet autre paramètre est la quantité de carburant injecté durant l'injection pilote. De façon analogue, chaque condition de fonctionnement testée correspond à un point repéré par un triangle donnant la note attribuée et la valeur du maximum de gradient de pression issu des mesures. Comme visible sur la figure 3, la courbe QpilA est disjointe de la courbe d'étalonnage EtA, particulièrement en ce qui concerne un ensemble de valeurs de quantité de carburant injecté qui correspond à une extrémité de la courbe QpilA. Ainsi, la corrélation entre la courbe d'étalonnage EtA et la courbe QpilA est insuffisante pour évaluer de façon fiable le niveau de bruit de combustion sur la base de mesures de pression seules. En effet, la courbe QpilA comprend par exemple un point triangulaire correspondant à 6,5 comme maximum de gradient de pression, et à 4 comme note donnée effectivement par le jury d'experts. Si l'on se fiait à la courbe d'étalonnage EtA pour prédire la note donnée par le jury, cette courbe donne une note de 2,5 pour un gradient valant 6,5, ce qui constituerait donc une erreur de plus de 30% sur l'évaluation de la note du jury. Comme dans le cas du diagramme de la figure 3, le diagramme de la figure 4 comprend une courbe d'étalonnage EtB établie à partir d'un essai sur banc anéchoïque durant lequel plusieurs conditions de fonctionnement, comme par exemple plusieurs paramètres de réglage moteur ont été testées. Pour chaque condition de fonctionnement, on a noté la valeur de la différence de gradient de pression subséquente à une injection conformément à l'invention, et la note effectivement attribuée par le jury. Un ensemble de points, repérés par QpilB et représentés sous forme de losanges est représentatif d'un autre essai dans lequel les différentes conditions de fonctionnement résultent de la modification d'un paramètre moteur autre que le paramètre qui a été modifié pour établir la courbe d'étalonnage EtB. Cet autre paramètre est ici la quantité de carburant injecté durant l'injection pilote. Comme visible dans cette figure 4, les points QpilB sont très proches de la courbe EtB, ce qui est significatif d'une très bonne corrélation du critère selon l'invention avec les notes du jury d'experts en ce qui concerne un balayage de valeurs des quantités de carburant injectées durant l'injection pilote. Notamment, l'amélioration du niveau de bruit, pour une quantité de carburant importante injectée par l'injection pilote est perceptible dans le diagramme de la figure 4, conformément à l'invention, alors qu'elle n'est pas visible dans le diagramme de la figure 3 qui correspond à l'Etat de la technique. En effet, dans le diagramme de la figure 3 les courbes EtA et QpilA sont complètement disjointe pour des valeurs élevées de quantité de carburant injecté durant l'injection pilote alors qu'elles sont sensiblement identique pour de faibles quantités de carburant injecté durant les injections pilotes. Il est ainsi possible de déterminer de façon fiable le niveau de bruit de combustion généré par le moteur sur la base de la différence de gradient de pression résultant d'une injection, conformément à l'invention, puisque les points QpilB sont sensiblement confondus avec la courbe d'étalonnage EtB. Les figures 5 et 6 sont deux diagrammes donnant une cartographie d'un moteur, c'est-à-dire des valeurs de gradient de pression pour différentes conditions de fonctionnement. Chaque diagramme comprend en abscisse le régime du moteur en tours par minutes, et en ordonnée la charge appliquée au moteur, exprimée sous forme de pression moyenne effective en bar. Chaque diagramme comprend différentes zones repérées par les lettres a à p qui correspondent à des valeurs de gradient de pression, conformément au tableau de correspondance ci-dessous qui indique ces gradients de pression, en bar par degré d'angle de rotation du moteur. a b c d e f g h 1 7,5 - 8 7 - 7,5 6,5 - 7 6 - 6,5 5,5 - 6 5 - 5,5 4,5 - 5 4 - 4, 5 i j k 1 m n o p 3,5 - 4 1 - 3,5 2,5 - 3 2 - 2,5 1,5 - 2 1 - 1,5 0,5 - 1 0 - 0,5 Dans le cas du diagramme de la figure 5, les valeurs de gradient de pression sont le maximum du gradient de pression durant un cycle, conformément à l'Etat de la technique. Dans le cas du diagramme de la figure 6, les valeurs prises en compte sont la différence de gradient de pression subséquente à une injection, conformément à l'invention. La cartographie de la figure 5 illustre le résultat de choix de paramètres, sur la base du critère de l'Etat de la technique, et après avoir retravaillé les paramètres à l'oreille sur véhicule. Ceci ne permettait notamment pas d'atteindre des niveaux de bruit suffisamment faibles dans certaines régions, comme par exemple pour les régimes inférieurs à 3000 t/mn pour les niveaux de charge supérieurs à 9, où le niveau de bruit évalué est supérieur à 3,5. La mise en oeuvre de la méthode selon l'invention est destinée à s'affranchir de cette étape consistant à retravailler les paramètres à l'oreille sur véhicule. La cartographie de la figure 6, basée sur des différences de pression conformément à l'invention illustre le résultat de choix de paramètres d'injection réalisés sur la base de la méthode d'évaluation de niveau de bruit selon l'invention. Cette cartographie montre d'une part une zone délimitée symboliquement par un carré en trait double, correspondant à des régimes inférieurs à 3000 t/mn pour un niveau de charge inférieur à 9 bar de pression moyenne effective, et qui est une zone dans laquelle le critère selon l'invention a permis d'ajuster la quantité de carburant de l'injection pilote pour respecter un compromis entre niveau de bruit et niveau de pollution, le niveau de bruit restant inférieur à 3. Elle montre d'autre part une zone délimitée par un encadrement en traits discontinus, qui correspond à un régime situé entre 2000 et 3000 t/mn pour un niveau de charge supérieur à 9, dans laquelle le niveau de bruit est inférieur à 2,5, la quantité de carburant de l'injection pilote ayant été augmentée pour diminuer le niveau de bruit. D'autre part, il est visible qu'au-delà de 3000 t/mn, D3P devient relativement élevé, et au moins supérieur à 2,5 pour tous les niveaux de charge. Ceci correspond à une zone dans laquelle, pour le cas considéré, la technologie d'injection mise en uvre ne permet pas de conserver une injection pilote au-delà de 3000 t/mn. REVENDICATIONS 1. Procédé pour déterminer un niveau de bruit de combustion (D3Ppill, D3Ppall, D3Ppil2, D3Ppal2) généré par un moteur thermique à injection, consistant à : - équiper ce moteur d'au moins un capteur délivrant un signal représentatif de la pression dans au moins une chambre de combustion; - appliquer un traitement de dérivation au signal issu du capteur pour former un signal (GP1, GP2) représentatif du gradient de pression dans cette chambre de combustion; - déterminer le niveau de bruit par application d'un traitement d'identification de la différence (D3Ppill, D3Ppall, D3Ppil2, D3Ppal2) entre la valeur du gradient lorsque ce gradient atteint un maximum local (Mpill, Mpall, Mpil2, Mpal2) subséquent à une injection, et la valeur du gradient à l'instant de cette injection (Ipill, Ipall, Ipil2, Ipal2). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le maximum local (Mpill, Mpall, Mpil2, Mpal2) subséquent à l'injection (Ipill, Ipall, Ipil2, Ipal2) est détecté par annulation de la dérivée du gradient de pression (GP1, GP2). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, appliqué à un moteur incluant plusieurs injections (Ipill, Ipil2, Ipall, Ipal2) durant chaque cycle de combustion, consistant à déterminer le niveau de bruit sur la base de la différence de gradient induite par chaque injection (Ipill, Ipil2), et à retenir comme niveau de bruit de combustion (D3Ppill, D3Ppall, D3Ppil2, D3Ppal2), la valeur maximale parmi toutes les différences. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, appliqué à un moteur incluant une injection dite pilote (Ipill, Ipil2) et une injection dite principale (Ipall, Ipal2) durant chaque cycle de combustion, consistant à déterminer le niveau de bruit sur la base de la différence de gradient induite par l'injection pilote (Ipill, Ipil2) et sur la base de la différence de gradient induite par l'injection principale (Ipall, Ipal2), et à retenir comme niveau de bruit de combustion (D3Ppill, D3Ppall, D3Ppil2, D3Ppal2), la valeur maximale parmi ces deux différences. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le traitement de détermination de la dérivée de la pression détermine la dérivée de la pression (GP1, GP2) par rapport à un angle de rotation du moteur. 6. Procédé pour déterminer dans un moteur à injection, des paramètres d'injection conduisant à un niveau de bruit inférieur à une valeur prédéterminée, incluant une étape de détermination du bruit de combustion selon l'une des revendications précédentes.