Brevet FR2916805A1 — publié le 20081205

B 07/0726 FR ù AxC/DD Projet 7108 ù TF/CB ù Sce 0267 Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s Dispositif et procédé d'estimation d'une quantité d'alcool contenue dans le carburant d'un moteur. Invention de : AFONSO Vasco LELONG Gérard VICENTINI Fabio 2 Dispositif et procédé d'estimation d'une quantité d'alcool contenue dans le carburant d'un moteur. La présente invention est relative à l'estimation de la quantité d'alcool contenue dans le carburant alimentant un moteur à combustion interne à allumage commandé. L'invention se rapporte également au contrôle du moteur, c'est-à-dire à la gestion et la commande d'un ensemble de capteurs et d'actionneurs au moyen de stratégies logicielles et de paramètres de calibration contenus dans un calculateur embarqué appelé Unité de contrôle électronique (UCE). L'invention concerne plus particulièrement les moteurs à combustion interne à allumage commandé pouvant fonctionner avec plusieurs types de carburant, à savoir de l'essence pure, de l'alcool pur tel que de l'éthanol ou du méthanol ou encore un mélange d'essence et d'alcool. Pour des véhicules équipés d'un moteur de ce type, il est nécessaire de pouvoir connaître à tout instant la composition exacte du carburant utilisé, étant donné que les réglages pour le contrôle du fonctionnement du moteur sont différents selon cette composition. En effet, le fonctionnement d'un tel moteur à combustion interne nécessite la réalisation d'un mélange d'air et de carburant dans des proportions stoechiométriques. Or, les caractéristiques physico-chimiques d'un carburant qui contient une certaine proportion d'alcool, qu'il s'agisse d'éthanol ou de méthanol, sont très différentes de l'essence normale ne contenant pas d'alcool. Dans les mélanges contenant de l'alcool, la présence d'oxygène fait que l'on se trouve en présence d'un carburant dit pauvre pour lequel le rapport stoechiométrique est de l'ordre de 9 par exemple, pour un mélange de carburant et d'éthanol, alors que pour un carburant ne contenant que de l'essence, le rapport stoechiométrique est de 14,7. Cela signifie que 3 pour brûler une même quantité d'air admise dans les cylindres du moteur à combustion, il sera nécessaire d'utiliser plus de carburant. Une telle augmentation de carburant nécessite donc une augmentation de la durée d'injection du carburant dans les cylindres. De plus, la différence de pression de vaporisation entre les deux types de carburant entraîne des disparités lors de la combustion à froid, par exemple dans les phases de démarrage. Si l'on souhaite autoriser différentes possibilités d'utilisation de carburant au choix, on comprend qu'il est nécessaire de déterminer à tout moment quel type de mélange se trouve présent dans le réservoir de carburant du véhicule afin d'adapter les différents paramètres de la combustion, tels que la durée d'injection de carburant, l'avance à l'allumage, etc. A défaut d'une telle détermination précise, le moteur pourrait être détérioré et les émissions de polluants pourraient être augmentées. On connaît par la demande de brevet JP 01 119 740 (Mitsubishi), un dispositif de détermination de la quantité d'alcool présente dans le carburant alimentant un moteur à combustion, qui utilise un capteur mettant à profit les propriétés électriques ou optiques des carburants afin de les différencier et d'en déduire la quantité d'alcool. Le coût d'une telle technologie est élevé et son utilisation nécessite de prévoir un emplacement particulier pour un tel capteur dans le réservoir du véhicule. On connaît également des dispositifs de détermination de la quantité d'alcool contenue dans le carburant alimentant un moteur à combustion, qui utilisent des sondes à oxygène montées dans la conduite d'échappement du moteur et capables de mesurer une quantité d'oxygène afin d'en déduire la quantité d'alcool contenue dans le carburant alimentant le moteur. C'est ainsi que le brevet US 5 400 762 4 (Chrysler) décrit un procédé et un dispositif de détermination du pourcentage d'alcool du type éthanol ou méthanol contenu dans le carburant d'un véhicule en utilisant une sonde à oxygène de type lambda fonctionnant en tout ou rien . Le brevet US 5 970 968 (Chrysler) utilise dans le même but une sonde à oxygène de type proportionnel fournissant un signal proportionnel à la quantité d'oxygène présente dans les gaz d'échappement. Dans les deux cas, la détermination du taux d'alcool dans le carburant nécessite un fonctionnement irréprochable de la sonde à oxygène, de sorte qu'en cas de défaillance ou de dérive de celle-ci il devient impossible de différencier convenablement les carburants utilisés. La présente invention a pour objet de permettre une détermination précise de la quantité d'alcool contenue dans le carburant se trouvant dans le réservoir du véhicule et alimentant le moteur à combustion, et ce d'une manière plus fiable que dans les procédés connus et en même temps de façon moins onéreuse. L'invention a également pour objet une détermination qui permet de reconnaître très rapidement la composition d'un nouveau carburant qui a été introduit dans le réservoir du véhicule, et ce quelle que soit la composition du carburant utilisé au cours d'un fonctionnement précédent. Dans un mode de réalisation, un dispositif d'estimation d'une quantité d'alcool contenue dans le carburant alimentant un moteur à combustion interne à allumage commandé, comprend un capteur de mesure d'un paramètre relatif à la rotation du moteur, des moyens pour commander des injections de quantités différentes de carburant dans au moins deux cylindres du moteur et des moyens pour déterminer la variation du couple moteur résultant desdites injections, à partir des mesures fournies par ledit capteur. L'estimation de la quantité d'alcool contenue dans le carburant est donc réalisée sans l'aide d'une sonde à oxygène qui peut par 5 ailleurs être présente pour d'autres raisons. I1 en résulte une estimation particulièrement fiable puisqu'elle ne dépend pas du bon fonctionnement d'une telle sonde. De plus, la prise en compte d'une variation de couple du moteur permet d'obtenir le résultat recherché sans qu'il soit nécessaire de prévoir aucun organe spécifique supplémentaire sur le moteur, ce qui diminue le coût du dispositif. I1 suffit en effet de prévoir une stratégie logicielle appropriée pour commander les injections de carburant et d'utiliser les moyens déjà existants pour la détermination d'un paramètre du moteur. Le capteur de mesure est par exemple adapté pour mesurer la vitesse de rotation du moteur à partir de laquelle on peut ensuite déduire le couple du moteur. Dans un mode de réalisation avantageux, les moyens pour commander des injections de quantités différentes de carburant sont adaptés pour commander l'injection d'une quantité plus importante de carburant dans un premier ensemble de cylindres et d'une quantité moins importante de carburant dans un deuxième ensemble de cylindres, pendant une première période de temps. Puis lesdits moyens peuvent commander l'injection d'une quantité moins importante de carburant dans le premier ensemble de cylindres et d'une quantité plus importante de carburant dans le deuxième ensemble de cylindres, pendant une deuxième période de temps. Les moyens pour déterminer la variation du couple moteur peuvent alors être adaptés pour effectuer la différence entre les couples moteur résultant des injections effectuées pendant les première 6 et deuxième périodes de temps. I1 en résulte en fait une détermination de la valeur de la dérivée du couple par rapport à une variation de quantité de carburant. Cette dérivée permet de déduire la richesse du mélange injecté et donc la quantité d'alcool dans le carburant. On peut en outre prévoir un moyen de désactivation en fonction du phasage de l'injection de carburant de façon à ne pas procéder à l'estimation tant que le phasage de l'injection et donc le fonctionnement du moteur, ne sont pas convenablement stabilisés dans le temps. Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de commande de l'injection de carburant dans un moteur à combustion interne en fonction d'une estimation de la quantité d'alcool contenue dans le carburant. Dans ce procédé, on mesure un paramètre relatif à la rotation du moteur, par exemple la vitesse de rotation, on commande des injections de quantités différentes de carburant dans au moins deux cylindres du moteur et on détermine la variation du couple moteur résultant desdites injections, à partir des mesures dudit paramètre. Ensuite, on peut commander une augmentation ou une diminution de la quantité de carburant injectée en fonction de la variation du couple moteur ainsi déterminée de façon à adapter exactement le fonctionnement du moteur à la composition du carburant. Dans un mode de mise en oeuvre, on désactive la commande des injections de quantités différentes de carburant tant que le phasage de l'injection de carburant n'est pas effectué et/ou tant que le fonctionnement du moteur n'est pas stabilisé. 7 L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif d'estimation conforme à l'invention ; - la figure 2 illustre une courbe montrant les variations du couple en fonction de la richesse du mélange injecté dans un cylindre ; et - la figure 3 est un diagramme fonctionnel illustrant les différentes étapes de mise en oeuvre d'un procédé de commande d'injection selon l'invention. La figure 1 illustre de manière très schématique un moteur à combustion interne à allumage commandé référencé 1. Les différents cylindres la, par exemple au nombre de quatre, sont alimentés par un mélange d'air et de carburant qui s'écoule dans une conduite d'admission 2, tandis que les gaz d'échappement issus du moteur sont véhiculés par une conduite d'échappement 3. Un injecteur de carburant 4 est associé à chacun des cylindres la. Un capteur de pression 5 monté dans le conduit d'admission 2 fournit par une connexion 6 un signal à une unité de contrôle électronique 7. L'unité de contrôle électronique 7 reçoit en outre des signaux provenant d'un capteur 8 qui mesure la vitesse de rotation du moteur 1 et qui est relié à l'unité de contrôle 7 par une connexion 9. L'unité de contrôle électronique 7 est capable de transmettre des signaux de commande aux différents injecteurs 4 par des connexions 10. Enfin, un capteur 12 mesure la température du liquide de refroidissement circulant dans le moteur 1 et transmet un signal à l'unité de contrôle électronique 7 par la connexion 13. 8 La vitesse instantanée de rotation du moteur ou la durée de rotation pendant une période de temps déterminée permet à l'unité de contrôle électronique 7 d'établir une estimation du couple instantané du moteur 1. La mesure de la vitesse instantanée de rotation au moyen du capteur 8 peut se faire avantageusement au moyen de la détection de la position d'une cible mobile liée en rotation au vilebrequin du moteur 1, le capteur 8 comportant un élément sensible fixe par rapport au bloc moteur. La cible peut par exemple être munie de motifs, tels que des dents usinées pour un capteur magnéto-réluctant ou une répétition de motifs optiques pour un capteur optique. Une combinaison linéaire ou non linéaire des mesures ainsi obtenues permet une estimation du couple moteur instantané. Le dispositif d'estimation utilise donc une information fiable, déterminée à l'aide d'un capteur robuste dont la présence est en tout état de cause indispensable au fonctionnement du moteur et qu'il n'est donc pas nécessaire de rajouter pour les besoins du dispositif d'estimation de l'invention. En se référant à la figure 2, qui montre une courbe d'évolution du couple moteur obtenue pour un cylindre en fonction de la richesse du carburant injecté dans ce cylindre, on voit que la courbe présente une branche ascendante, un sommet et une branche descendante, le sommet correspondant à une richesse d'environ 1,12. La courbe est établie pour un fonctionnement stabilisé du moteur, y compris lorsque le phasage de l'injection est stabilisé dans le temps. Pour procéder à l'estimation de la quantité d'alcool contenue dans le carburant alimentant le moteur à combustion interne 1, illustré sur la figure 1, on procède à des injections de quantités différentes de carburant dans au moins deux des cylindres du moteur. Ces injections, que l'on désignera ici sous l'expression d'injections partielles , 9 sont faites sur chacun des cylindres du moteur. Pour chaque injection partielle, on mesure la différence de couple induite sur le cylindre en question grâce à la détermination du couple moteur instantané qui a été mentionnée ci-dessus. Pendant un certain nombre de tours du moteur, deux cylindres sont par exemple alimentés avec une quantité de carburant injecté plus importante correspondant donc à un enrichissement. Les deux autres cylindres sont simultanément alimentés avec une quantité moins importante de carburant injecté pendant le même nombre de tours du moteur, c'est-à-dire pendant la même période de temps. Pour cette première période de temps, on soustrait le couple moteur brut déterminé pour les cylindres appauvris du couple brut déterminé pour les cylindres enrichis. Puis, au cours d'une deuxième période de temps, on permute les cylindres enrichis et les cylindres appauvris et on effectue des injections partielles et le même calcul. La dérivée du couple, c'est-à-dire la variation du couple moteur en fonction de la variation de la richesse est la différence totale entre les couples bruts déterminés sur les cylindres enrichis et ceux déterminés sur les cylindres appauvris. Pour un point de fonctionnement donné du moteur, cette variation du couple moteur en fonction de la différence des richesses correspond à la pente de la courbe qui exprime la valeur du couple en fonction de la richesse. Si par exemple au point noté A visible sur la figure 2, on procède à des injections partielles qui sont représentées par deux flèches horizontales, l'une dans le sens d'un appauvrissement, c'est-à-dire d'une richesse plus faible, l'autre dans le sens d'un enrichissement, c'est-à-dire une richesse plus importante, on obtient une pente positive, c'est-à-dire une valeur positive de la dérivée de la fonction couple par rapport à la variation de richesse. Le point A se situe en 10 effet dans la zone de la courbe croissante pour des richesses inférieures à 1,12. Pour le point noté C, on obtient au contraire une valeur de dérivée négative. Enfin, pour le point B, on obtient une valeur de dérivée nulle, le point B correspondant au sommet de la courbe illustrée sur la figure 2 avec une richesse de 1,12, c'est-à-dire une richesse proche de la valeur 1. L'organigramme de la figure 3 illustre le déroulement de la stratégie permettant l'estimation de la quantité d'alcool contenue dans le carburant injecté et la modification de la commande d'alimentation en carburant qui en résulte. On procède d'abord à l'étape 14 à une vérification sur la stabilité du phasage des injections. Si le phasage des injections est convenable, on passe à l'étape 15. Si au contraire on ne constate pas un phasage convenable, c'est-à-dire que le moteur n'est pas encore stabilisé dans son fonctionnement, on passe à l'étape 16 qui consiste à attendre le phasage convenable des injections avant de commencer. A l'étape 15, on vérifie si les conditions pour le calcul pour la dérivée du couple sont réunies. Si cela n'est pas le cas, on passe à l'étape 17, qui permet d'attendre que les conditions soient réunies pour commencer la stratégie d'estimation. Parmi ces conditions, on peut par exemple prévoir les suivantes - On peut attendre qu'une temporisation déterminée soit arrivée à expiration pour permettre un fonctionnement stabilisé du moteur. Une telle temporisation permet d'éviter qu'en cas de changement de carburant, les injections partielles soient effectuées avec un reliquat de l'ancien carburant qui aurait pu être conservé dans les injecteurs et les conduites d'alimentation en carburant entre le moteur et le réservoir de carburant. On s'assure ainsi que les 11 injections partielles sont bien faites avec le nouveau carburant dont on souhaite déterminer la composition. - On peut également vérifier que des injections partielles en trop grand nombre n'ont pas été déclenchées pendant une période de temps déterminée. On évite ainsi de perturber par trop le fonctionnement du moteur pour procéder à l'estimation de la quantité d'alcool contenue dans le carburant. Lorsque l'ensemble des conditions sont réunies, on passe de l'étape 15 à l'étape 18 qui consiste à effectuer des injections partielles sur les deux ensembles de cylindres successivement, les unes dans le sens d'un enrichissement, les autres dans le sens d'un appauvrissement, comme illustré sur la figure 2. Puis, à l'étape 19, on calcule la dérivée du couple en fonction de la variation de richesse comme indiqué précédemment. A l'étape 20, on teste si la dérivée du couple est négative ou positive. Si le résultat de la comparaison montre que la dérivée est négative, ce qui correspondrait à la position du point C de la figure 2, on procède alors à l'étape 21 à une diminution de la durée des injections dans les cylindres du moteur, de façon à tenir compte du fait que la richesse du carburant alimentant les cylindres est trop importante par rapport à la richesse proche de 1 qu'il convient d'adopter. Le fonctionnement du moteur est ainsi modifié en fonction de l'estimation de la quantité d'alcool contenue dans le carburant. Si au contraire la dérivée du couple n'est pas négative, c'est-à-dire si elle est positive ou nulle, on passe à l'étape 22 où l'on vérifie la valeur de la dérivée du couple par rapport à un seuil. Si cette valeur est supérieure au seuil, on passe à l'étape 23 et on augmente la durée des injections. On se trouve en effet dans ce cas dans la situation du 12 point A illustré sur la figure 2 et le mélange de carburant est trop pauvre, la richesse étant largement inférieure à 1,12. I1 est donc nécessaire d'augmenter la quantité de carburant injecté en augmentant la durée d'injection pour un fonctionnement convenable du moteur, compte tenu de l'estimation de la quantité d'alcool contenue dans le carburant. Si la dérivée du couple, tout en étant positive, reste inférieure ou égale au seuil testé à l'étape 22, on ne procède pas à l'augmentation de la durée des injections car on estime alors que l'on se trouve à proximité d'un fonctionnement avec une richesse de l'ordre de 1, ce qui ne nécessite pas une modification de la durée des injections. L'étape 24 permet de reprendre la stratégie à l'étape 15 tant qu'un compteur d'itération n'a pas atteint une valeur déterminée. I1 est ainsi possible de relancer le calcul de la dérivée du couple plusieurs fois afin de confirmer la première conclusion, et ce sous réserve que les conditions prévues à l'étape 15 soient bien remplies. Le dispositif de l'invention ainsi que son procédé de mise en oeuvre permettent ainsi non seulement d'estimer facilement la composition d'un carburant, c'est-à-dire la quantité d'alcool contenue dans ce carburant, mais encore de modifier automatiquement le fonctionnement du moteur par une action sur la durée des injections de carburant en fonction de la composition estimée du carburant.25 REVENDICATIONS 1-Dispositif d'estimation d'une quantité d'alcool contenue dans le carburant alimentant un moteur à combustion interne à allumage commandé (1), caractérisé par le fait qu'il comprend un capteur (8) de mesure d'un paramètre relatif à la rotation du moteur, des moyens pour commander des injections de quantités différentes de carburant dans au moins deux cylindres (la) du moteur et des moyens (7) pour déterminer la variation du couple moteur résultant desdites injections, à partir des mesures fournies par le dit capteur. 2-Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le capteur de mesure est adapté pour mesurer la vitesse de rotation du moteur. 3-Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel les moyens pour commander des injections de quantités différentes de carburant sont adaptés pour commander l'injection d'une quantité plus importante de carburant dans un premier ensemble de cylindres et d'une quantité moins importante de carburant dans un deuxième ensemble de cylindres, pendant une première période de temps, puis pour commander l'injection d'une quantité moins importante de carburant dans le premier ensemble de cylindres et d'une quantité plus importante de carburant dans le deuxième ensemble de cylindres, pendant une deuxième période de temps. 4-Dispositif selon la revendication 3 dans lequel les moyens pour déterminer la variation du couple moteur sont adaptés pour effectuer la différence entre les couples moteur résultant des injections effectuées pendant les première et deuxième périodes de temps. 5-Dispositif selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre un moyen de désactivation en fonction du phasage de l'injection de carburant. 14 6-Procédé de commande de l'injection de carburant dans un moteur à combustion interne en fonction d'une estimation de la quantité d'alcool contenue dans le carburant, caractérisé par le fait qu'on mesure un paramètre relatif à la rotation du moteur, on commande des injections de quantités différentes de carburant dans au moins deux cylindres du moteur et on détermine la variation du couple moteur résultant desdites injections, à partir des mesures dudit paramètre. 7-Procédé selon la revendication 6 dans lequel on commande l'injection d'une quantité plus importante de carburant dans un premier ensemble de cylindres et d'une quantité moins importante de carburant dans un deuxième ensemble de cylindres, pendant une première période de temps, puis on commande l'injection d'une quantité moins importante de carburant dans le premier ensemble de cylindres et d'une quantité plus importante de carburant dans le deuxième ensemble de cylindres, pendant une deuxième période de temps. 8-Procédé selon la revendication 7 dans lequel on effectue la différence entre les couples moteur résultant des injections effectuées pendant les première et deuxième périodes de temps pour en déduire une information sur la quantité d'alcool contenue dans le carburant. 9-Procédé selon l'une des revendications 6 à 8 dans lequel on commande une augmentation ou une diminution de la quantité de carburant injectée en fonction de la variation du couple moteur ainsi déterminée. 10-Procédé selon l'une des revendications 6 à 9 dans lequel on désactive la commande des injections de quantités différentes de carburant tant que le phasage de l'injection de carburant n'est pas effectué et/ou tant que le fonctionnement du moteur n'est pas stabilisé.30