Brevet FR2907507A1 — publié le 20080425

Procédé de pilotage d'un moteur thermique visant à réguler sa température L'invention concerne l'optimisation du refroidissement d'un moteur thermique de type diesel ou essence. La puissance générée par un moteur thermique se divise, comme représentée en figure 1, en puissance 1 délivrée sur l'arbre moteur, en enthalpie d'échappement 2, et en pertes thermiques 3 dissipées par refroidissement. La puissance délivrée sur l'arbre moteur représente trente à trente-cinq pourcent de la puissance totale, l'enthalpie d'échappement représente trente-cinq à quarante pourcent, et les pertes thermiques représentent vingt à vingt-cinq pourcent de la puissance totale. Les pertes thermiques sont dissipées par le circuit de refroidissement liquide et par le circuit d'huile de lubrification du moteur. Ces pertes thermiques résultent des flux thermiques dus d'une part directement à la combustion et d'autre part aux frottements mécaniques résultant du fonctionnement du moteur. Ces pertes varient avec les conditions d'utilisation du moteur : elles sont d'autant plus élevées que le moteur est fortement sollicité. Afin de maintenir le moteur à une température à peu près constante dans différentes conditions d'utilisation, le circuit de refroidissement comprend un calostat et un ventilateur du radiateur de refroidissement liquide qui agissent conjointement pour réguler la température du liquide de refroidissement. Le calostat augmente ou diminue la section de circulation d'eau dans le circuit, selon que la température de l'eau augmente ou diminue, ce qui permet de faire varier le débit d'eau. Le ventilateur se met en service lorsque la température d'eau devient supérieure à une valeur seuil. 2907507 2 Le but de l'invention est de proposer un procédé de régulation de la température du moteur distinct du calostat et du ventilateur. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de 5 pilotage d'un moteur thermique depuis une unité de commande, dans lequel la température du moteur est régulée en corrigeant depuis l'unité de commande des variables de pilotage du moteur telles que l'avance ou la pression d'injection, pour réduire la quantité de chaleur 10 produite directement par combustion dans ce moteur. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel on prend en compte dans l'unité de commande des paramètres de fonctionnement tels qu'une température d'eau de refroidissement provenant 15 d'un capteur relié à l'unité de commande, pour déterminer si le moteur est dans une situation critique vis-à-vis de son refroidissement lorsque un ou plusieurs de ces paramètres sont situés au-delà de valeurs seuil prédéterminées, et dans lequel on corrige les variables 20 de pilotage en cas de situation critique pendant une durée supérieure à une valeur prédéterminée. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel la détermination d'une situation critique consiste à déterminer depuis l'unité 25 de commande le régime et la charge du moteur, à déterminer à partir de données préenregistrées dans l'unité de commande les valeurs seuils de paramètres correspondant au régime et à la charge considérés, et à déterminer si les paramètres de fonctionnement sont 30 situés au-delà de ces valeurs seuil. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel les variables de pilotage corrigées par l'unité de commande sont l'avance et/ou la pression d'injection, et/ou une pression de 35 suralimentation de l'air d'admission, et/ou la température de l'air d'admission. 2907507 3 L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel la correction des variables de pilotage consiste à déterminer depuis l'unité de commande le régime et la charge du moteur, à déterminer à 5 partir de données préenregistrées dans l'unité de commande des correctifs à appliquer correspondant au régime et à la charge considérés, et à appliquer ces correctifs aux variables de pilotage. L'invention concerne également un procédé tel que 10 défini ci-dessus, dans lequel les paramètres pris en compte comprennent la température d'eau de refroidissement, la température d'huile du moteur, et la température de l'air ambiant. L'invention concerne également un procédé tel que 15 défini ci-dessus, dans lequel les paramètres pris en compte comprennent la pression atmosphérique. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel les paramètres pris en compte comprennent la vitesse du véhicule. 20 L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel les paramètres pris en compte comprennent un niveau de charge du moteur. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux figures annexées. 25 La figure 1 déjà commentée est un diagramme représentatif du bilan énergétique d'un moteur thermique ; La figure 2 montre la puissance thermique et le niveau sonore d'un moteur pour différents réglages des 30 variables de pilotage à un même point de fonctionnement correspondant à un régime et un niveau de charge donnés ; La figure 3 est un schéma bloc représentatif d'un algorithme de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le diagramme de la figure 2 comprend en abscisse la 35 puissance thermique PT à dissiper et en ordonnée le niveau de bruit B d'un moteur thermique, pour différents 2907507 4 réglages d'injection à un même point de fonctionnement moteur. Ce diagramme résulte d'essais effectués sur banc, à un point de fonctionnement du moteur correspondant ici à 5 un régime de 3000 tours par minute et à un niveau de charge de trois quarts de la pleine charge. Les niveaux de bruit NB résultent par exemple des valeurs de pression dans les cylindres ou de leur évolution au cours de cycles de compression. 10 Les valeurs élevées de NB dans le graphique correspondent à un niveau de bruit important, c'est-à-dire à une mauvaise note de bruit. Chaque point P de ce graphique correspond à un jeu de valeurs des variables de pilotage du moteur, ces 15 variables de pilotage étant par exemple l'avance à l'injection et la pression d'injection. La pression et le débit de l'air de suralimentation peuvent également être une variable de pilotage, la pression de suralimentation étant celle de l'air sortant 20 du turbocompresseur et destiné à être admis dans le moteur. L'augmentation de la pression de suralimentation permet ainsi d'augmenter le débit de l'air d'admission. Il est à noter que la température de l'air admis est également une variable de pilotage pouvant être 25 modifiée, en particulier dans le cas d'un moteur suralimenté. En effet, dans ce cas, l'air compressé par le turbocompresseur est refroidi dans un échangeur avant admission dans le moteur. Cet échangeur peut généralement être piloté, par exemple par modification du débit d'eau 30 lorsqu'il s'agit d'un échangeur de type air/eau. Comme visible dans ce graphique, à chaque réglage du pilotage de moteur à un même point de fonctionnement, c'est-à-dire à chaque point P, correspond un niveau de bruit NB et à une puissance thermique à dissiper PT. 35 La zone repérée par ZN dans le graphique correspond à des réglages nominaux du moteur, c'est-à-dire à une utilisation dans des conditions normales. Cette zone ZN 2907507 5 correspond ainsi à un jeu de valeurs des variables de pilotage pour le point de fonctionnement correspondant à ce graphe, à savoir 3000 tours par minute et trois quarts de la charge maximale, en utilisation normale. 5 La droite de référence repérée par DR correspond à un compromis à respecter entre le niveau de bruit NB et la puissance thermique à évacuer. L'idée à la base de l'invention est de corriger les variables de pilotage du moteur en cas de situation 10 critique vis-à-vis de son refroidissement, de manière à éviter qu'il atteigne une température critique, en diminuant la puissance thermique générée directement par la combustion de ce moteur. Une telle situation critique correspond par exemple 15 à un cas dans lequel un véhicule tracte une caravane sur une route de montagne. Dans ce cas, la charge du moteur est élevée, alors que la vitesse du véhicule est faible, de sorte que malgré la mise en service du ventilateur de refroidissement, la température sous capot reste élevée. 20 Dans ce cas, après écoulement d'une durée prédéterminée pendant laquelle les paramètres de fonctionnement du moteur sont au-delà de valeurs seuil prédéterminées, les variables de pilotage du moteur sont corrigées pour réduire la puissance thermique qu'il 25 génère par combustion, tout en respectant un niveau sonore acceptable. Le pilotage du moteur est alors modifié depuis une unité de commande qui est reliée à différents capteurs pour identifier les situations critiques vis-à-vis du 30 refroidissement du moteur. Les paramètres pris en compte par l'unité de commande sont par exemple la température d'eau de refroidissement du moteur ainsi que la température d'huile du moteur, qui reflètent assez directement et 35 simplement l'état thermique du moteur. Ces paramètres de fonctionnement peuvent également être la température ambiante, attendue que la puissance 2907507 6 thermique dissipable est d'autant plus faible que cette température ambiante est élevée. Il est également possible de prendre en compte la pression atmosphérique, car elle impacte le débit 5 massique d'air dans le radiateur, et donc la puissance thermique dissipable. Cette pression atmosphérique a également une influence sur la pression de suralimentation dans le cas d'un moteur équipé d'un turbocompresseur. 10 Ces paramètres de fonctionnement peuvent également intégrer la vitesse du véhicule puisque la puissance thermique dissipable diminue avec la vitesse du véhicule du fait du faible renouvellement d'air sous le capot du véhicule à faible vitesse. 15 La modulation des variables de pilotage du moteur peut être définie sur la base de l'algorithme représenté en figure 3, qui illustre une boucle ou routine tournant continûment dans l'unité de commande. Dans une première étape, le point de fonctionnement 20 est déterminé dans l'unité de commande, au bloc A. Cette détermination consiste à faire l'acquisition du régime moteur et de la charge du moteur. La charge peut être déterminée à partir de l'enfoncement de la pédale d'accélérateur. 25 Dans un second temps, l'unité de commande fait l'acquisition des paramètres de fonctionnement du moteur et effectue des tests sur ceux-ci, au bloc B. Ces paramètres de fonctionnement qui sont par exemple les températures d'eau, d'huile, de l'air ambiant, la 30 pression atmosphérique, ainsi que la vitesse, peuvent être issus de capteurs et collectés par l'unité de commande via un réseau CAN du véhicule auquel elle est reliée. Ces tests consistent à acquérir les valeurs seuils 35 des paramètres correspondant au point de fonctionnement identifié en A, ces valeurs seuil étant mémorisées dans l'unité de commande, et à déterminer si ces paramètres 2907507 7 ont des valeurs supérieures ou inférieures aux valeurs seuil correspondantes. L'unité de commande décide au bloc C, de retourner au bloc A si les tests sont négatifs, c'est-à-dire si les 5 paramètres de fonctionnement ne sont pas représentatifs d'une situation critique. Elle décide d'enclencher une temporisation ou de maintenir une temporisation en cours, au bloc D, si ces tests sont positifs, c'est-à-dire si la situation thermique est critique. 10 Au bloc E, si le temps de temporisation est inférieur à une valeur prédéterminée, l'unité de commande reprend l'algorithme au bloc A. Au contraire, si le temps de temporisation est supérieur à la durée prédéterminée, la correction des 15 variables de pilotage est mise en oeuvre au bloc F, avant de reprendre l'algorithme au bloc A. Cette correction consiste à déterminer des correctifs à appliquer à partir du point de fonctionnement déterminé en A, ces correctifs étant 20 mémorisés dans l'unité de commande, et à appliquer ces correctifs aux variables de pilotage. D'une manière générale, la détection d'une situation critique peut se baser sur les seuils donnés ci-dessous à titre indicatifs et correspondant par 25 exemple au point de fonctionnement du diagramme de la figure 2, à savoir 3000 tours par minute et trois quarts de charge : Température de l'eau supérieure à 110 C ; température de l'huile supérieure à 120 C ; pression 30 atmosphérique inférieure à celle correspondant à une altitude de 1000 mètres ; vitesse du véhicule inférieure à 50 km/h ; climatisation activée. La durée prédéterminée de temporisation peut par exemple valoir une minute. Une situation critique pour le refroidissement du 35 moteur peut être identifiée soit si une de ces valeurs seuil est dépassée, ou si plusieurs de ces valeurs seuil sont dépassées, ou encore si toutes les valeurs seuil 2907507 8 sont dépassées, ce qui dépend de la stratégie de pilotage choisie. Comme indiqué plus haut, l'application de correctifs de pilotage du moteur en cas de situation 5 critique peut par exemple consister à modifier l'avance d'injection et la pression d'injection, c'est-à-dire la pression dans le rail d'injection, ainsi que la pression de suralimentation du turbocompresseur et la température de l'air d'admission. 10 Pour le point de fonctionnement de 3000 tours par minute et trois quarts de charge, la pression d'injection peut être augmentée de 300 bar par rapport à sa valeur nominale, l'avance d'injection peut être augmentée de 10 par rapport à l'avance nominale, et la pression de 15 suralimentation peut être augmentée de 300 millibar par rapport à la pression nominale. La détermination de ces correctifs est effectuée sur banc d'essais, de telle manière que ces correctifs permettent de réduire la puissance thermique à dissiper 20 tout en respectant un niveau de bruit situé en deçà de la droite de référence DR. Il est également possible, de manière analogue, de prendre en compte le niveau d'émissions polluantes pour définir des correctifs permettant également de rester 25 dans des niveaux d'émissions polluantes acceptables. L'invention permet ainsi, via une stratégie de contrôle moteur de modifier l'équilibre entre la puissance thermique à dissiper dans le circuit de refroidissement et le niveau de bruit, et/ou d'émission 30 polluantes du moteur. REVENDICATIONS 1. Procédé de pilotage d'un moteur thermique depuis une unité de commande, dans lequel la température du moteur est régulée en corrigeant depuis l'unité de commande des variables de pilotage du moteur telles que l'avance ou la pression d'injection, pour réduire la quantité de chaleur produite directement par combustion dans ce moteur. 2. Procédé la revendication 1, dans lequel les variables de pilotage corrigées par l'unité de commande sont l'avance et/ou la pression d'injection, et/ou une pression de suralimentation de l'air d'admission, et/ou la température de l'air d'admission. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on prend en compte dans l'unité de commande des paramètres de fonctionnement tels qu'une température d'eau de refroidissement provenant d'un capteur relié à l'unité de commande, pour déterminer si le moteur est dans une situation critique vis-à-vis de son refroidissement lorsque un ou plusieurs de ces paramètres sont situés au-delà de valeurs seuil prédéterminées, et dans lequel on corrige les variables de pilotage en cas de situation critique pendant une durée supérieure à une valeur prédéterminée. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la détermination d'une situation critique consiste à déterminer depuis l'unité de commande le régime et la charge du moteur, à déterminer à partir de données préenregistrées dans l'unité de commande les valeurs seuils de paramètres correspondant au régime et à la charge considérés, et à déterminer si les paramètres de fonctionnement sont situés au-delà de ces valeurs seuil. 5. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la correction des variables de pilotage consiste à déterminer depuis l'unité de commande le régime et la charge du moteur, à déterminer à partir de données 2907507 10 préenregistrées dans l'unité de commande des correctifs à appliquer correspondant au régime et à la charge considérés, et à appliquer ces correctifs aux variables de pilotage. 5 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les paramètres pris en compte comprennent la température d'eau de refroidissement, la température d'huile du moteur, et la température de l'air ambiant. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, 10 dans lequel les paramètres pris en compte comprennent la pression atmosphérique. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel les paramètres pris en compte comprennent la vitesse du véhicule. 15 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel les paramètres pris en compte comprennent un niveau de charge du moteur.