Brevet FR2910564A1 — publié le 20080627

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale l'alimentation des bougies de pré-chauffage. Elle concerne en particulier un procédé de pilotage de l'alimentation électrique d'une bougie de pré-chauffage de moteur à combustion interne, pour atteindre une température d'allumage en vue de lancer un redémarrage du moteur après l'arrêt de celui-ci. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Dans les moteurs diesels, les bougies de pré-chauffage sont utilisées pour atteindre dans la chambre de combustion une certaine température, appelée température d'allumage, de telle sorte que la réaction de combustion du mélange d'air et de carburant puisse s'effectuer spontanément lors d'une mise en pression du mélange. Pour réaliser le pré-chauffage du mélange d'air et de carburant, il est connu d'utiliser des bougies de pré-chauffage haute tension qui sont alimentées en tension continue à partir de la tension électrique fournie par la batterie. On entend par bougie de pré-chauffage haute tension, une bougie qui est alimentée sous une tension égale à la tension de la batterie, et par bougie de pré-chauffage basse tension, une bougie qui est alimentée sous une tension inférieure à la tension de la batterie. Aujourd'hui, on préfère utiliser des bougies de pré-chauffage basse tension qui mettent moins de temps que les bougies de pré-chauffage haute tension pour atteindre la température d'allumage. En effet, pendant une phase de pré-chauffage rapide, les bougies basse tension, seront alimentées en surtension (à 11 Volts), ce qui entraîne une montée très rapide en température de la bougie. Cependant, la durée de la phase de pré- chauffage rapide doit être maîtrisée pour éviter une surchauffe menant à la détérioration de la bougie. On observe ainsi qu'un redémarrage du moteur, juste après un arrêt du moteur, provoque une surchauffe importante de la pointe de la bougie, ce qui la détériore. La solution est alors d'attendre que la température de la bougie ait suffisamment diminué. Il est également connu d'utiliser un capteur de température pour connaître la température de la bougie de pré-chauffage et ainsi réguler son alimentation en fonction de la valeur de la température acquise par le capteur, de manière à ne pas créer de surchauffe de la bougie. Mais l'utilisation d'un tel capteur représente un coût élevé. 2910564 2 OBJET DE L'INVENTION La présente invention propose un nouveau procédé de pilotage de l'alimentation des bougies de pré-chauffage peu coûteux et permettant un redémarrage rapide du moteur tout en conservant l'intégrité de la bougie. 5 A cet effet, l'invention propose un procédé de pilotage de l'alimentation électrique d'une bougie de pré-chauffage de moteur à combustion interne, pour atteindre une température d'allumage en vue de lancer un redémarrage du moteur après l'arrêt de celui-ci, dans lequel il est prévu les étapes suivantes : a) on détermine la température de la bougie de pré-chauffage par un 10 premier modèle mathématique et en fonction du temps écoulé d'arrêt du moteur, b) on détermine par un deuxième modèle mathématique et en fonction de la température de la bougie de pré-chauffage, l'énergie complémentaire à apporter à la bougie de pré-chauffage pour atteindre la température d'allumage. Grâce au procédé selon l'invention, chaque bougie, qui possède encore 15 une certaine température suite à l'arrêt du moteur, peut être alimentée de manière à recevoir l'énergie complémentaire pour l'amener à une température suffisante pour réaliser un redémarrage du moteur. Cette énergie complémentaire est ainsi inférieure à l'énergie délivrée à une bougie froide, c'est-à-dire dont la température est minimale, ce qui limite le risque d'endommager la bougie. Le redémarrage 20 rapide du moteur est alors permis sans détérioration de la bougie. Le procédé selon l'invention permet ainsi d'éviter de devoir attendre un certain laps de temps avant de pouvoir redémarrer. Il n'est pas non plus nécessaire d'utiliser des dispositifs de mesure de la température de la bougie de pré-chauffage. 25 En outre, un tel procédé de redémarrage permet d'obtenir un redémarrage du moteur dans de bonnes conditions thermodynamiques, ce qui génère une bonne combustion du mélange d'air et de carburant. Les émissions polluantes sont ainsi limitées. Selon une première caractéristique avantageuse du procédé selon 30 l'invention, le premier modèle mathématique est la loi caractéristique de montée en température de la bougie de pré-chauffage. Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, le deuxième modèle mathématique est la loi caractéristique de descente en température de la bougie de pré-chauffage. 35 Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, l'énergie complémentaire est convertie par un calculateur du moteur en un temps de chauffage complémentaire. 2910564 3 Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, le calculateur calcule à partir du temps de chauffage complémentaire un facteur de correction à appliquer à un temps de chauffage de référence. Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon 5 l'invention, le facteur de correction est également calculé en fonction de la température de la chambre de combustion du moteur. Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, le temps de chauffage de référence est le temps de chauffage à appliquer à une bougie de pré-chauffage dont la température a atteint, après l'arrêt 10 du moteur, sa valeur minimale, pour atteindre de nouveau la température d'allumage de la bougie de pré-chauffage. Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, la bougie de pré-chauffage est une bougie de pré-chauffage à alimentation à basse tension. 15 Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, après l'étape b), l'énergie complémentaire déterminée est délivrée à la bougie de pré-chauffage par impulsions de tension électrique suivant la méthode de modulation d'impulsions en durée. DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION 20 La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est un schéma des connexions existantes entre un moteur, 25 des moyens d'alimentation des bougies du moteur et un calculateur ; - la figure 2 est un organigramme présentant les différentes étapes du procédé d'alimentation selon l'invention ; - la figure 3A est un graphique représentant la loi caractéristique de descente en température d'une bougie ; 30 - la figure 3B est un graphique représentant la loi caractéristique de montée en température d'une bougie ; - la figure 4 est un graphique donnant la température d'une bougie en fonction des phases de chauffage de cette bougie. Sur la figure 1, on a représenté un moteur 1 à combustion interne de 35 type diesel pour véhicule automobile. Le moteur 1 comporte quatre bougies de pré-chauffage 2 à alimentation à basse tension. Un alternateur 3 est lié au moteur 1 par une connexion 3a. 2910564 4 Les bougies 2 sont chacune alimentées par un module de commande d'alimentation 5 des bougies 2. II est également prévu une unité de traitement électronique appelée calculateur 6. Ce calculateur 6 pilote les différents organes du moteur en fonction 5 des informations qu'il reçoit. Des capteurs (non représentés) permettent de déterminer des paramètres de fonctionnement du moteur tels que la température du fluide calo-porteur Tfc, la température de l'air admis Tair, la pression atmosphérique Patm, et la vitesse de rotation du moteur Vmot. Ces paramètres de fonctionnement du 10 moteur sont transmis par une connexion 8 à l'unité de commande 6. Le calculateur 6 comporte des moyens de gestion 7 du module de commande d'alimentation 5 des bougies 2. On peut prévoir en variante que le module de commande d'alimentation 5 des bougies 2 soit intégré au calculateur. Le module de commande d'alimentation 5 est piloté par le module de 15 gestion 7 du calculateur 6 pour délivrer aux bougies 2 une tension suivant le principe de la modulation d'impulsion en durée, encore appelé Pulse Width modulation (PWM). Le principe est le suivant. Pour une tension U et une période T fixée, on fait varier le temps pendant lequel on applique la tension U sur la période T. On définit alors le rapport d'ouverture cyclique RCO (voir figure 4), compris 20 entre 0 et 100%, comme le pourcentage entre la durée pendant laquelle on applique la tension U sur la période T et la durée de cette période T. Le rapport cyclique d'ouverture RCO appliqué pour l'alimentation de la bougie est déterminé par le module de gestion 7 en fonction notamment de la température du fluide calo-porteur Tfc, la température de l'air admis Tair, la 25 pression atmosphérique Patm, et la vitesse de rotation du moteur Vmot. Le principe de la modulation d'impulsion en durée permet d'augmenter la température de la bougie tout en régulant cette température, pour éviter de détériorer les bougies. Une batterie électrique 4 permet d'alimenter en tension électrique Ubat le 30 calculateur, le module de commande d'alimentation 5 des bougies 2 et l'alternateur 3. Le calculateur 6 reçoit également d'autres informations telles qu'un paramètre Pos_acc représentatif de la position de la pédale d'accélération via une connexion 9, la tension électrique disponible Ubat fournie par la batterie électrique 35 4 via une connexion 10 et un paramètre la/d_alt représentatif de l'état d'activation ou de désactivation de l'alternateur 3 du moteur, via une connexion 11. En outre, le calculateur reçoit en entrée une température Tait que les 2910564 5 bougies doivent fournir, c'est-à-dire la température d'allumage. Cette température d'allumage Tall des bougies 2 peut être déterminée par une cartographie 12 à partir de paramètres transmis au calculateur. Le calculateur reçoit en entrée, via une connexion 14, un paramètre 5 +APC représentatif de l'état de fermeture (+APC = 1) ou d'ouverture (+APC = 0) du contact entre la batterie électrique 4 et les organes électriques du moteur. Avantageusement, selon l'invention, les lois caractéristiques du comportement thermique de chaque bougie, telles que représentées sur les figures 3A et 3B, sont connues et sont mémorisées dans le calculateur 6. 10 Les lois caractéristiques du comportement thermique de chaque bougie comportent une loi caractéristique de la descente en température de la bougie (figure 3A) et une loi caractéristique de la montée en température de la bougie (figure 3B) : L'équation de la loi caractéristique de la montée en température de la 15 bougie s'écrit : Tmbougie (t) = Km + h.(1-exp(-t /tm) ), avec t le temps, Km la température initiale de la bougie, h le gain en température, tm le temps de réponse en montée de température de la bougie. L'équation de la loi caractéristique de la descente en température de la 20 bougie s'écrit : Tdbougie (t) = Kd.(exp(-t /td) ), avec t le temps, Kd la température initiale de la bougie, h le gain en température, et td le temps de réponse en descente de la température de la bougie. 25 Les paramètres t, Km, Kd, h, tm, td sont fournis par le constructeur des bougies ou sont obtenus au cours d'essais expérimentaux. Grâce à la courbe de descente en température de la bougie, le calculateur a en mémoire la valeur de la température de refroidissement de chaque bougie. La température de refroidissement d'une bougie est définie 30 comme étant la température de la bougie lorsque celle-ci n'est plus alimentée pendant un temps proche de l'infini. On considère que cette valeur de température de refroidissement est atteinte au temps td. En outre, le calculateur comporte en mémoire une cartographie qui permet de déterminer la température Tcomb au sein de la chambre de combustion 35 à chaque instant, en fonction du régime et du couple du moteur qui sont représentés respectivement par les paramètres Vmot et Pos_acc. Cette cartographie de la température de la chambre de combustion, qui correspond 2910564 6 également à la température dans la région qui entoure la bougie, peut être obtenue lors des essais de validation du moteur, par exemple. A partir de la température dans la chambre de combustion et des lois de convection et de conduction, ainsi qu'en fonction de la durée d'arrêt de chauffage 5 des bougies, le calculateur peut déterminer à chaque instant la température de la bougie. Le procédé de pilotage de l'alimentation de la bougie de pré-chauffage comporte plusieurs étapes qui sont présentées sur l'organigramme de la figure 2. Les phases de pré-chauffage et post-chauffage sont pilotées par le 10 module de gestion 7 qui fait varier, au moyen du module de commande d'alimentation 5 des bougies, le pourcentage de rapport d'ouverture cyclique RCO appliqué ainsi que les durées d'application correspondantes, comme illustré sur les graphiques de la figure 4. Comme représenté sur l'organigramme de la figure 2, le véhicule est 15 initialement dans un état de veille (cadre Cl). Cela signifie que le calculateur, le module de gestion 7 des bougies et l'alternateur 3 sont prêts à exécuter des instructions ou à en recevoir. Lorsque le calculateur détecte, grâce au paramètre +APC qui prend la valeur 1, que le contact est fermé entre la batterie électrique 4 et les organes 20 électriques du moteur, il démarre une phase de pré-chauffage des bougies (cadre C2). Comme représenté sur la figure 4, la phase de pré-chauffage comporte une première phase de pré-chauffage rapide suivie d'une seconde phase de pré-chauffage encore plus rapide et enfin une phase de maintien du chauffage. 25 Lorsque la durée de la phase de pré-chauffage se termine, un témoin de pré-chauffage s'éteint et le conducteur tourne la clef de contact pour démarrer le moteur. La phase de pré-chauffage est alors suivie d'une phase de chauffage spécifique mise en oeuvre durant le démarrage du moteur. Une phase de post-chauffage (cadre C3) est mise en oeuvre à la suite 30 du démarrage du moteur. Lorsque le moteur a atteint un régime de croisière, le chauffage des bougies est arrêté (cadre C4). Une phase de chauffage d'appoint peut être mise en oeuvre lorsque le couple du moteur augmente. Au cours des phases de pré-chauffage et de post-chauffage, de démarrage ou encore après une phase de post-chauffage, il peut se produire un 35 calage ou un arrêt intempestif du moteur. La suite de la description est relative au cas d'un arrêt intempestif du moteur pendant l'étape de pré-chauffage, considéré à titre d'exemple de mise en 2910564 7 oeuvre du procédé selon l'invention. Bien entendu, le procédé tel que décrit ci-dessus peut être appliqué à un cas d'arrêt quelconque du moteur, quel que soit son état de fonctionnement. De manière plus générale, le procédé décrit ci-dessous est appliqué en cas d'arrêt du moteur et lorsque le conducteur souhaite 5 redémarrer rapidement le moteur. Lorsque le calculateur détecte l'arrêt intempestif du moteur, il exécute les étapes détaillées ci-dessous. Dans la suite de la description, le procédé de pilotage est décrit pour une bougie, mais, bien entendu, il s'applique de la même manière aux autres bougies. 10 Le calculateur détermine le temps pendant lequel la bougie a arrêté de chauffer à la suite de l'arrêt du moteur, ce qui revient à calculer le temps écoulé depuis le moment où s'est produit l'arrêt intempestif du moteur. Comme illustré par le cadre 5, il compare alors ce temps d'arrêt de chauffage tarret_chauffage de la bougie au temps de refroidissement de la bougie, considéré comme étant le 15 temps de réponse en descente thermique td de la bougie. Si le temps d'arrêt de chauffage tarret_chauffage est supérieur au temps de réponse en descente thermique td, la bougie a une température dite résiduelle supérieure à sa température de refroidissement et le procédé d'alimentation selon l'invention adapte les phases de chauffage de la bougie pour ne pas la détériorer, 20 comme expliqué ci-dessous. Selon une étape illustrée par le cadre C7, le calculateur détermine la température dite résiduelle de la bougie Tres à partir de la loi caractéristique en descente thermique de la bougie et en fonction du temps d'arrêt de chauffage de la bougie tarret_chauffage et de la température Tchaud connue de la bougie au 25 moment de l'arrêt du moteur : Tres = Tchaud. (exp(-t/tarret_chauffage)). A partir de la température résiduelle de la bougie Tres déterminée et de la loi caractéristique en montée de température de la bougie, le calculateur 6 détermine l'énergie complémentaire Ecomp à fournir à la bougie pour que celle-ci 30 atteigne la température d'allumage Tall nécessaire au redémarrage du moteur. Le calculateur 2 convertit l'énergie complémentaire Ecomp déterminée en un temps de chauffage complémentaire t comp, compte-tenu de la puissance de la bougie. Cette énergie Ecomp est déterminée pour une valeur maximum du pourcentage de rapport cyclique d'ouverture (par exemple 15%) pendant le temps t_comp. Ce 35 temps t_comp est donné par l'équation : t_comp = tm.(Ln(Tall-Tres-h) -Ln(h)) Le calculateur détermine en parallèle (cadre C8) la température Tcomb 2910564 8 régnant dans la chambre de combustion du moteur, comme décrit ci-avant, à l'aide d'une cartographie. Puis, le calculateur calcule un temps correctif t_corr, à appliquer au temps complémentaire t_comp pour tenir compte de la température dans la 5 chambre de combustion Tcomb. Ce temps correctif t_corr est obtenu par une cartographie en fonction de la température dans la chambre de combustion Tcomb. Le temps de préchauffage rapide t_chrap à appliquer à la bougie pour obtenir un redémarrage sans l'abîmer est alors: 10 t_chrap = t_comp - t_corr Bien entendu, si la température de la chambre de combustion Tcomb est inférieure à la température résiduelle de la bougie Tres, cette température Tcomb n'est pas prise en compte pour le calcul du facteur correctif. Selon une étape illustrée par le cadre C9, le calculateur calcule alors le 15 facteur de correction à appliquer au temps de chauffage prévu pour l'allumage avec une bougie dite froide L allfroid, c'est-à-dire une bougie qui a atteint sa température de refroidissement, pour obtenir une consigne de temps de chauffage de la valeur de t_chrap : ce facteur de correction est égal au rapport t_chrap/ t allfroid. 20 Le calculateur 6 détermine également si l'arrêt du moteur a eu lieu pendant une phase de pré-chauffage ou une phase de post-chauffage. Ici, comme rappelé ci-dessus, l'arrêt du moteur a eu lieu pendant la phase de pré-chauffage. Le facteur correctif t_corr est alors appliqué au temps de pré-chauffage. Comme illustré par le cadre C6 de la figure 2, si le temps d'arrêt de 25 chauffage tarret_chauffage de la bougie déterminé est supérieur au temps de refroidissement td de la bougie, le temps de chauffage à appliquer à la bougie pour un démarrage normal du moteur n'est pas modifié. Le facteur correctif est alors égal à 1. La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation 30 décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Procédé de pilotage de l'alimentation électrique d'une bougie de pré-chauffage (2) de moteur à combustion interne, pour atteindre une température d'allumage (Tall) en vue de lancer un redémarrage du moteur après l'arrêt de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) on détermine la température de la bougie de pré-chauffage (2) par un premier modèle mathématique et en fonction du temps écoulé d'arrêt du moteur (Tarret_chauffage), b) on détermine par un deuxième modèle mathématique et en fonction de la température de la bougie de pré-chauffage (2), l'énergie complémentaire à apporter à la bougie de pré-chauffage (2) pour atteindre la température d'allumage (Tall). 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier modèle mathématique est la loi caractéristique de montée en température de la bougie de pré-chauffage (2). 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième modèle mathématique est la loi caractéristique de descente en température de la bougie de pré-chauffage (2). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'énergie complémentaire est convertie par un calculateur (6) du moteur en un temps de chauffage complémentaire. 5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le calculateur (6) calcule à partir du temps de chauffage complémentaire un facteur de correction à appliquer à un temps de chauffage de référence. 6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le facteur de correction est également calculé en fonction de la température de la chambre de combustion (Tcomb) du moteur. 7. Procédé selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que le temps de chauffage de référence est le temps de chauffage à appliquer à une bougie de pré-chauffage dont la température a atteint, après l'arrêt du moteur, sa valeur minimale, pour atteindre de nouveau la température d'allumage (Tall) de la bougie de pré-chauffage (2). 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bougie de pré-chauffage (2) est une bougie de pré-chauffage (2) à alimentation à basse tension. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce 2910564 10 qu'après l'étape b), l'énergie complémentaire déterminée est délivrée à la bougie de pré-chauffage par impulsions de tension électrique suivant la méthode de modulation d'impulsions en durée.