Brevet FR2893361A1 — publié le 20070518

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne, notamment d'un véhicule automobile selon lequel on surveille le fonctionnement d'au moins un organe de réglage influençant la combustion dans au moins une chambre de combustion du moteur à combustion interne. L'invention concerne également un programme d'ordinateur, une mémoire électrique et une installation de commande et/ou de régulation correspondante. Etat de la technique On connaît un procédé du type défini ci-dessus disponible sur le marché. Les moteurs à combustion interne actuels, notamment ceux à injection directe de carburant, cherchent à influencer positivement la préparation du mélange dans les chambres de combus- tion pour réaliser une conversion aussi bonne que possible du carburant injecté en énergie mécanique. Il est avantageux de développer une turbulence relativement importante dans la charge d'air (mouvement de charge) dans la chambre de combustion. Une augmentation du mouvement de la charge ou des turbulences se répercutent de manière posi- tive sur la préparation du mélange et réduisent les émissions ou rejets de gaz d'échappement. Pour régler le mouvement de la charge d'air dans les chambres de combustion, de nombreux moteurs à combustion interne comportent un organe de réglage ou d'actionnement spécifique installé dans le système d'admission ou d'aspiration d'air ; en libérant une section variable cet organe influence la vitesse d'écoulement de l'air aspiré ou du mélange carburant/air aspiré. Un tel organe d'actionnement est appelé volet de déplacement de charge ou volet basculant ou volet de turbulence. Dans certains pays la réglementation impose la surveillance du fonctionnement du volet de mouvement de charge par un diagnostic embarqué encore appelé diagnostic OBD. Ce diagnostic vérifie si la position réelle du volet de mouvement de charge correspond à une position de consigne demandée par la commande du moteur. Pour cela, on couple le volet de mouvement de charge à au moins un capteur de position qui détermine la position réelle du volet de mouvement de charge et transmet l'information à la commande du moteur. On connaît également des contacts de commutation équipant les positions de fin de course du volet de mouvement de charge ou des potentiomètres pour assurer la saisie en continue. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un pro-cédé du type défini ci-dessus permettant une fabrication aussi économique que possible du moteur à combustion interne. Exposé et avantages de l'invention Ce problème est résolu par un procédé selon l'invention, caractérisé en ce qu'on exploite au moins une valeur réelle (BD-reel) d'une grandeur caractérisant la combustion dans la chambre de combustion, et on utilise le résultat de l'exploitation pour surveiller le fonc- tionnement de l'organe de réglage. L'invention concerne également un programme d'ordinateur pour l'exécution de ce procédé, une mémoire électrique contenant l'enregistrement de ce procédé ainsi qu'une installation de commande et/ou de régulation pour la mise en oeuvre du procédé. Avantages de l'invention L'application du procédé selon l'invention permet de sur-veiller le fonctionnement d'un organe d'actionnement qui influence la combustion dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne, par exemple le volet de mouvement de charge ou celui d'une bougie d'allumage sans nécessiter des capteurs supplémentaires. Au lieu de cela, on exploite une grandeur caractérisant la combustion dans la chambre de combustion et à partir du résultat de cette exploitation on surveille indirectement le fonctionnement de l'organe d'actionnement ou de réglage. De telles grandeurs caractérisant la combustion dans la chambre de combustion sont de toute façon saisies dans les moteurs à combustion interne actuels. Pour cela, on utilise par exemple des capteurs de pression qui saisissent directement la pression dans au moins une chambre de combustion du moteur à combustion interne. Des capteurs de bruit de structure ou des capteurs de courant ionique per- mettent également de saisir une grandeur caractéristique de la combustion dans la chambre de combustion. Le fondement du procédé connu est la dépendance entre l'évolution de la combustion et le fonctionnement de l'organe d'actionnement à surveiller. Dans le cas d'un volet de mouvement de charge, la turbulence (mouvement de charge) dans la chambre de combustion dépend par exemple directement de la position du volet de mouvement de charge et l'évolution de la combustion dépend elle-même de cette turbulence. Plus cette turbulence est importante et plus rapide sera la conversion du carburant pendant la combustion. Des grandeurs particulièrement significatives caractérisant la combustion sont l'évolution de la combustion, l'évolution du chauffage et la durée de la combustion. L'évolution du chauffage est particulièrement intéressante car elle se calcule particulièrement simplement puisque les pertes de chaleur à travers la paroi ne sont pas prises en compte. Il est particulièrement avantageux que la durée de combustion se détermine par une conversion d'énergie calculée à l'aide d'une équation d'état polytrope. La durée de combustion peut se traduire par exemple comme angle de vilebrequin compris entre deux va- leurs en pourcentage (par exemple 10 % et 90 %) de la conversion d'énergie. On détermine la conversion d'énergie par une saisie qui se déroule selon une trame de temps, par exemple de la pression des cylindres pendant une phase de combustion par une équation d'état itérative et une intégration continue. Cela se fait en mettant en oeuvre des moyens de calcul réduits. Un type pratique de surveillance consiste à déterminer une valeur de consigne de la grandeur caractérisant la combustion en fonction d'une position de fonctionnement de consigne de l'organe d'actionnement et d'un point de fonctionnement réel du moteur à corn- bustion interne et à comparer à la valeur réelle pour prendre une action en fonction du résultat de la comparaison. Le point de fonctionnement du moteur à combustion interne se définit par exemple par sa vitesse de rotation, sa charge d'air, le coefficient réglé de recyclage des gaz d'échappement, etc.... Si l'on utilise par exemple la durée de combustion comme grandeur caractéristique, on compare la durée de combustion réelle à la durée de combustion de consigne. Pour cela, on peut par exemple comparer la différence entre la durée de combustion de consigne et la durée réelle de combustion à une valeur limite positive et une valeur limite négative. Les deux valeurs limites tiennent compte des tolérances pour le calcul de la valeur réelle et de la valeur de consigne. Comme mesure, on peut par exemple enregistrer les informations concernant une déviation non acceptable du mouvement de charge actuel dans la chambre de combustion pour pouvoir y remédier lors d'une intervention d'entretien, et/ou faire afficher cette information par des moyens auxiliaires appropriés. Il est avantageux que cette action ne soit effectuée que si la déviation entre la valeur réelle et la valeur de consigne pendant un nombre déterminé de cycles de travail successifs dépasse la valeur limite. Cela augmente la fiabilité de la surveillance du fonctionnement. Pour déterminer la valeur de consigne, on définit avantageusement au moins un champ de caractéristiques ou une fonction caractéristique, par exemple par des essais sur banc, et on enregistre ces informations pour une surveillance fonctionnelle. Une déviation déterminée de la valeur réelle par rapport à la valeur de consigne peut également servir pour la régulation de l'organe d'actionnement. La déviation est minimisée de cette manière pour optimiser ainsi le comportement en combustion. Selon un développement de l'invention, l'organe de réglage ou d'actionnement reçoit un signal de commande modifié pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne et on détermine la modification correspondante de la valeur de consigne de la grandeur caractérisant la combustion et on compare la variation de la valeur réelle de la grandeur caractérisant la combustion à la variation de la valeur de consigne. La variation du signal de commande est choisie avantageusement pour ne pas avoir de modification du couple ou toute autre modification perceptible par l'utilisateur du moteur à combustion interne concernant le comportement du moteur à combustion interne. Si la modification de la valeur réelle est au moins sensiblement égale à la modification de la valeur de consigne, cela signifie que l'organe de réglage ou d'actionnement est apte à fonctionner. Cette procédure a l'avantage de découpler la surveillance du fonctionnement par rapport aux autres grandeurs d'influence qui peuvent le cas échéant influencer la grandeur caractérisant la combustion. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation préférentiel de l'invention représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion in- terne, - la figure 2 montre un ordinogramme du procédé de gestion du moteur à combustion interne de la figure 1, et - la figure 3 montre un diagramme représentant l'énergie transformée par une combustion dans une chambre de combustion du moteur à combustion interne de la figure 1 en fonction de l'angle du vilebrequin. Description des modes de réalisation Selon la figure 1, un moteur à combustion interne porte globalement la référence 10. Le moteur à combustion interne entraîne un véhicule non représenté ; il comporte un bloc moteur 12 à plusieurs chambres de combustion parmi lesquelles seule l'une porte la référence 14. L'air comburant arrive dans la chambre de combustion 14 entre autres par un canal de déplacement de charge 16 dans lequel l'organe de réglage ou d'actionnement est un volet de déplacement de charge 18. Le canal de déplacement de charge 16 et le volet de dé-placement de charge 18 servent à générer dans la chambre de combustion une turbulence aussi active que possible (mouvement ou déplacement de charge) et d'assurer ainsi une conversion aussi bonne que possible du carburant injecté pour le transformer en énergie mécanique. Ainsi, on influence favorablement la consommation de carburant et le comportement d'émission ou de rejet du moteur à combustion in-terne 10. A cet effet, on peut modifier la position du volet de mou- vement de charge 18 en fonction d'un signal de commande correspon- dant U-LBK. Ce signal est fourni par une installation de commande et de régulation 20. Cette installation reçoit de nombreux signaux d'entrée pour la commande et la régulation du moteur à combustion interne 10 ; ainsi, un capteur HFM 22 (capteur à film chaud) détecte la masse d'air alimentant la chambre de combustion 14 pour déterminer la charge au remplissage d'air rl correspondant dans l'installation de commande et de régulation 20. L'installation de commande et de régulation 20 reçoit en outre des signaux de capteur de pression dont un seul, représenté à la figure 1, porte la référence 24 ; il s'agit notamment de celui qui détecte la pression dans la chambre de combustion 14. L'évolution de la pression dans la chambre de combustion 14 et des grandeurs déduites servent de signaux d'entrée pour différentes fonctions de commande et de régulation. D'autres signaux de sortie de l'installation de commande et de régulation 20 sont par exemple les signaux de commande du dosage de carburant et de commande de l'allumage du mélange air-carburant contenu dans la chambre de combustion 14. Il est important pour un fonctionnement correct du moteur à combustion interne 10 de savoir si le volet de mouvement de charge 18 fonctionne correctement, c'est-à-dire si sa position réelle correspond à sa position de consigne. S'il n'en est pas ainsi, on dépasse les valeurs limites autorisées pour les émissions ou rejets de gaz d'échappement et l'installation de commande et de régulation 20 détermine des signaux de commande non optimum (par exemple des ins- tants d'allumage). Pour surveiller le fonctionnement correct du volet de mouvement de charge 18, on applique un procédé enregistré comme programme d'ordinateur dans une mémoire de l'installation de commande et de régulation 20. Ce procédé sera décrit ci-après en référence aux figures 2 et 3. Au point 26 on demande si la phase de combustion commence dans un cycle de travail. Si la réponse est positive, on saisit la pression pi en 28. Le signal correspondant est fourni par le capteur de pression 24. La saisie de la pression pi se fait de manière répétée à des intervalles de temps discrets i = 1-m par incrémentation d'un index de pas de temps i selon 29. Les valeurs pi correspondantes sont enregistrées en 30 (par exemple l'angle de vilebrequin KW du vilebrequin du moteur à combustion interne 10 non représenté à la figure 1). En 32 on demande si la phase de combustion est terminée. Si la réponse est po-sitive, alors au point 34 on détermine une valeur réelle BD-reel à partir des valeurs de pression pi en mémoire, pour une grandeur caractérisant la combustion dans la chambre de combustion 14. En pratique, il s'agit pour cette grandeur d'une durée de combustion qui se détermine elle-même à partir de l'évolution de chauffage ou courbe de chauffage. Il s'agit d'une grandeur thermodynamique décrivant l'évolution dans le temps de la combustion. L'utilisation de l'évolution de la courbe de chauffage selon le présent procédé a l'avantage de pouvoir se calculer relativement simplement car les pertes thermiques à travers la paroi ne sont pas prises en compte. On a ainsi la relation suivante : dQh = dU + p * dV (1) dans cette formule, dQh est la quantité de chaleur fournie, dU est l'augmentation de l'énergie interne du gaz, p * dV est le travail mécanique fourni. A partir de la grandeur dQh on détermine en 34, par intégration en fonction de l'angle de vilebrequin, la composante en pour- centage de la conversion énergétique Qh en fonction de l'angle de vilebrequin. La figure 3 montre une évolution caractéristique d'une telle intégrale en fonction de l'angle de vilebrequin KW. Comme durée de combustion BD-reel on a une valeur en degrés d'angle de vilebrequin KW entre deux valeurs en pourcentage de la conversion d'énergie Qh. Comme durée de combustion réelle BD-reel on utilise l'angle de vilebrequin entre une conversion d'énergie Qh égale à 10 % et une conversion d'énergie Qh égale à 90 %. Une possibilité simple pour calculer la courbe de combustion nécessaire pour déterminer la durée de combustion ND-reel à 5 partir des 30 valeurs de pression pi enregistrées, consiste à utiliser l'équation d'état polytrope suivante : OQ. = * P~ * (V +1 - V -I) + n 1 1 * V * (pi, - ) n-1 - dans cette formule : i est l'index courant de la pression de cylindre pi utilisée en 28 et enregistrée en mémoire en 30, entre le début et la fin de l'intervalle de cal-Io cul, n est l'exposant polytropique. Il convient de remarquer que l'intervalle de calcul ne comprend pas nécessairement l'ensemble du cycle de combustion. Pour économiser la capacité de calcul on peut également se limiter à la partie caractéristique du cycle de combustion dans lequel 15 l'énergie est libérée à partir du carburant. AQ; représente la conversion d'énergie dans l'étape i. La conversion d'énergie Qh en fonction de l'angle de vilebrequin KW se détermine par sommation ou intégration en appliquant 20 la formule suivante : Qhm = L AQi (3) Z-~ Par intégration dans un temps de combustion complet, 25 c'est-à-dire en déterminant la valeur à 100 %, on détermine l'angle de vilebrequin KW pour 10 % et 90 % de la valeur à 100 % de la conversion d'énergie Qh. La différence entre ces deux angles de vilebrequin KW donne la durée de combustion BD-reel. En 36 on détermine la valeur de consigne de la grandeur 30 caractérisant la combustion, c'est-à-dire une durée de combustion de consigne BD-cons. Cette valeur de consigne BD-cons est fondée sur une grandeur de commande U-LBK à l'aide de laquelle on commande le volet de mouvement de charge 18. Cette grandeur de commande U-LBK est ainsi une grandeur caractérisant la position fonctionnelle de consigne 35 du volet de mouvement de charge 18. En outre, pour déterminer la va- (2) leur de consigne BD-cons, on tient également compte de la vitesse de rotation nmot du vilebrequin du moteur à combustion interne 10, de la charge d'air rl (fondée sur le signal du capteur HFM 22) et un coefficient réglé AGR du recyclage des gaz d'échappement. Pour cela, en 38 on utilise des champs de caractéristiques et des fonctions caractéristiques correspondantes. Pour une détermination aussi précise que possible de la valeur de consigne BD-cons de la durée de combustion, on peut également utiliser d'autres para-mètres de fonctionnement du moteur à combustion interne 10. Ces données des champs de caractéristiques et les fonctions caractéristiques sont déterminées au préalable par exemple sur un banc d'essai pour le type de moteur à combustion interne à combustion correspondant pour différentes positions du volet de déplacement de charge 18 et des points de fonctionnement prévisibles pour la surveillance du moteur à combustion interne 10. En 40 on forme la différence entre la valeur de consigne BD-cons et la valeur réelle BD-reel et on vérifie cette différence pour déterminer si elle dépasse une valeur limite G1. Dans la négative, on vérifie en 42 si la même différence est inférieure à une seconde valeur limite G2. Si en 40 ou en 42 la réponse est positive, alors en 44 on effectue une mesure. Celle-ci peut consister à enregistrer une information concernant la déviation du mouvement actuel de charge dans la chambre de combustion 14 par rapport à un mouvement de charge souhaité enregistré dans l'installation de commande et de régulation 20 pour pouvoir être appelée lors d'une intervention d'entretien ultérieure du moteur à combustion interne 10. Cela permet d'afficher immédiatement l'une des deux valeurs limites G1, G2. Pour éviter des affichages erronés il est prévu que l'affichage en 44 ou l'enregistrement d'une déviation se fasse seulement si l'une des valeurs limites G1 ou G2 a été dépassée pendant plusieurs cycles de travail successifs ou temps de combustion du moteur à combustion interne 10. Le procédé se termine en 46. En pratique, le procédé représenté à la figure 1 repose sur le fait que si le volet de mouvement de charge 18 ne prend pas une position souhaitée, le mouvement de charge ou les turbulences dans la chambre de combustion 14 ne seront pas non plus comme souhaités. Pour cela, le mouvement de chauffage diffère de la courbe de chauffage souhaitée, ce qui se détermine en comparant la durée de combustion souhaitée BD-cons à la durée de combustion effective BD-reel. Une telle déviation est un indice et le cas échéant également une mesure d'une déviation entre la position effective du volet de mouvement de charge 18 et la position souhaitée. La valeur réelle BD-reel et la valeur de consigne BD-cons peuvent toutefois également servir en 48 pour réguler le volet de mouvement de charge 18. Cela signifie que la déviation entre la valeur de consigne BD-cons et la valeur réelle BD-reel sera compensée par régulation. Dans un exemple de réalisation non représenté, on commande le volet de mouvement de charge 18 pour ne pas avoir de modification du couple du moteur à combustion interne 10 ou de façon analogue pour l'utilisateur du moteur à combustion interne 10 quant à son comportement perceptible. Si toutefois on a la variation prévue de la valeur réelle BD-reel, le volet de mouvement de charge 18 est apte à fonctionner. Cette variante du procédé a l'avantage d'introduire certaines grandeurs d'influence qui n'influencent pas la durée de combustion et ainsi la valeur réelle BD-reel du contrôle fonctionnel du volet de mouvement de charge 18.25 REVENDICATIONS 1 ) Procédé de gestion d'un moteur à combustion interne (10), notamment d'un véhicule automobile selon lequel on surveille le fonctionne-ment d'au moins un organe de réglage (18) influençant la combustion dans au moins une chambre de combustion (14) du moteur à combustion interne (10), caractérisé en ce qu' on exploite (40, 42) au moins une valeur réelle (BD-reel) d'une grandeur caractérisant la combustion dans la chambre de combustion (14), et on utilise le résultat de l'exploitation pour surveiller le fonctionne-ment de l'organe de réglage (18). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grandeur (BD-reel) caractérise l'évolution chronologique de la combustion, notamment l'évolution de la combustion et/ou l'évolution du chauffage et/ou la durée de combustion. 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on détermine la durée de combustion (BD-reel) à partir d'une conversion d'énergie (Oh) que l'on calcule à l'aide d'une équation d'état polytrope (34). 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de réglage est un volet de mouvement de charge (18). 5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine une valeur de consigne (BD-cons) de la grandeur caractérisant la combustion en fonction de la grandeur (U-LBK) caractérisant la position de consigne de la grandeur de réglage (18) et d'un point de fonctionnement réel (nmot, r 1, AGR) du moteur à combustion interne (10) eton la compare (40, 42) à la valeur réelle (BD-reel), et en fonction du résultat de la comparaison on prend une action (44). 6 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on détermine la valeur de consigne (BD-reel) à l'aide d'au moins un champ de caractéristiques et/ou d'une fonction caractéristique (38). 7 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on effectue l'action (44) seulement si la déviation de la valeur réelle (BD-reel) par rapport à la valeur de consigne (BD-cons) atteint au moins une valeur limite (G1, G2) suffisante au cours d'un nombre défini de cycles de travail. 8 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on utilise la déviation de la valeur réelle (BD-reel) par rapport à la va-leur de consigne (BD-cons) pour la régulation de l'organe d'actionnement (48). 9 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne (10) on ap- plique à l'organe de réglage (18) un signal de commande modifié et on détermine une modification correspondante de la valeur de consigne de la grandeur caractérisant la combustion, et on compare ensuite une variation de la valeur réelle de la grandeur caractérisant la combustion à la variation de la valeur de consigne. 10 ) Programme d'ordinateur, caractérisé en ce qu' il est programmé pour appliquer un procédé selon l'une des revendications 1 à 9.3511 ) Mémoire électrique pour une installation de commande et/ou de régulation (20) d'un moteur à combustion interne (10), notamment d'un véhicule automobile, caractérisée en ce qu' elle contient un programme d'ordinateur pour appliquer un procédé selon l'une des revendications 1 à 9. 12 ) Installation de commande et/ou de régulation (20) d'un moteur à combustion interne (10), notamment d'un véhicule automobile, 10 caractérisée en ce qu' elle est programmée pour mettre en oeuvre un procédé selon l'une des revendications 1 à 9. 15