Brevet FR2927129A1 — publié le 20090807

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de commande d'au moins une bougie-crayon d'un moteur à combustion interne ainsi qu'un appareil de commande de moteur ou de gestion de moteur. Etat de la technique Habituellement, on utilise les bougies-crayon pour préchauffer les chambres de combustion au démarrage d'un moteur à combustion interne. Une bougie-crayon étant un élément chauffant électrique installé dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, elle n'est chauffée électriquement que brièvement au moment du démarrage. Le gazole injecté dans la chambre de combustion en cas de démarrage à froid d'un moteur Diesel, ne s'enflamme généralement pas de lui-même sans difficulté comme le décrit la théorie du procédé de combustion Diesel. Pour cette raison, on utilise une bougie-crayon à chauffage électrique installée dans la chambre de combustion. Cette bougie assure le préchauffage au cours de la phase de démarrage. L'intensité du courant nécessaire à cet effet est en général de l'ordre de 20 à 40 Ampères par cylindre. D'autres raisons au défaut d'allumage sont que les parois de la chambre de combustion (paroi du cylindre, fond du piston) sont encore froides et ont une capacité calorifique spécifique, élevée (acier) alors que l'air comprimé n'a qu'une faible capacité calorifique. C'est pourquoi, la chaleur engendrée par la compression passe rapidement dans les parois du cylindre et dans le fond du piston. Une autre raison de ce défaut d'allumage, est qu'au démarrage, la vitesse du piston commandée par le démarreur électrique est en général faible de sorte que le temps disponible pour l'échange de chaleur entre l'air comprimé et la paroi est important. En particulier, les moteurs à chambre ont une grande surface active qui absorbe la chaleur des gaz. Le démarrage d'un moteur froid sans bougie-crayon est possible à partir de températures d'air de -10°C pour l'injection directe, à partir de +30°C pour l'injection dans une chambre de turbulence et à partir de +60°C pour une injection dans une préchambre. Dans le cas d'un moteur froid, on a l'inconvénient que l'air comprimé peut s'échapper en passant sur les vannes de piston de sorte que la pression finale de la compression et ainsi la température finale de compression sont faibles. Du fait de la faible vitesse du piston au démarrage, ces pertes augmentent d'autant. Une autre cause de la réduction de la qualité de combustion provient des différentes qualités des carburants en particulier si le moteur est utilisé pour différents carburants et doit brûler des carburants difficiles à allumer. io La figure 3 montre la structure d'une régulation T en boucle fermée en combinaison avec une commande T en boucle ouverte comme cela est connu selon l'état de la technique. Une commande de moteur EDC (commande électronique de moteur Diesel) est reliée par une interface à un appareil de commande de durée de préchauffage 15 (unité de commande de préchauffage GCU). Une boucle de régulation fermée comportant l'appareil de commande de la bougie-crayon GCU a un régulateur de température TR, un régulateur de résistance RR, une sortie de bougie-crayon GP et une installation de modèle de température de bougie TM ; ces différents moyens sont reliés les uns 20 aux autres dans cet ordre. Entre la sortie de l'installation de modèle de température de bougie TM et l'entrée du régulateur de température régulateur de température TR il y a une première boucle de liaison Pl (chemin 1). Le point de liaison à l'entrée du régulateur de 25 température TR présente un premier circuit soustracteur S1 recevant les signaux de température des deux liaisons. Plus précisément, le premier circuit soustracteur S1 reçoit la valeur de consigne de la température Tons fournie par l'appareil de commande de la bougie-crayon GCU ainsi qu'une valeur réelle de la température Tréel fournie 30 par la première boucle de liaison Pl. Le premier circuit soustracteur S1 calcule une valeur de différence de température AT à partir de ces deux valeurs et applique cette valeur de différence de température AT à l'entrée du régulateur de température TR. Le régulateur de température TR calcule une valeur de 35 consigne de la résistance Rems et applique cette valeur de consigne de la résistance Rcons à un second circuit soustracteur S2 ; ce circuit est branché entre le régulateur de température TR et le régulateur de résistance RR. L'autre entrée du second circuit soustracteur S2 reçoit une valeur réelle de la résistance Rréel par une seconde boucle de liaison P2 (chemin 2). Cette valeur réelle de la résistance Rréel se calcule à partir du quotient d'une valeur efficace de la tension globale Ueff disponible à la sortie du régulateur de résistance RR et d'une valeur de mesure d'intensité Imes disponible à la sortie de la bougie-crayon GP. Le second circuit soustracteur S2 calcule la différence de la valeur de consigne de la résistance Rcons et de la valeur réelle de la résistance Rréel pour fournir en sortie une valeur de différence de résistances AR. Cette valeur de différence de résistances AR est appliquée au régulateur de résistance RR. A la sortie de cette boucle de régulation, fermée, on dispose de la valeur réelle de la température Tréei. Implicitement, cela signifie pour cette valeur réelle de la température Tréei qu'on n'a pas mesuré la température modélisée de la bougie-crayon GP. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé permettant de développer des propriétés de combustion optimales pour un moteur à combustion interne qui puissent s'appliquer facilement et de manière économique. L'invention a également pour but de développer un appareil de commande ou de gestion de moteur permettant de mettre en oeuvre ce procédé. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé de commande d'au moins une bougie-crayon d'un moteur à combustion interne selon lequel, on commande la température de la bougie-crayon en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur à combustion interne pour avoir en permanence des propriétés optimales de combustion du moteur à combustion interne. Un élément essentiel du procédé de l'invention est que pour certains états de fonctionnement, les propriétés de combustion du moteur à combustion interne atteignent un optimum ou que les émissions de gaz d'échappement sont réduites de manière significative si la température de la bougie-crayon est régulée selon les paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne. Selon un développement avantageux de l'invention, au moins un paramètre de fonctionnement correspond à la vitesse de rotation du moteur à combustion interne. Notamment, en cas d'alternance de poussée, dans le cas d'un moteur refroidi, cela permet de réduire de manière significative les émissions de fumée. En particulier, on peut réduire la fumée blanche et/ou la fumée noire au passage du mode de poussée inertielle au mode de fonctionnement normal. On a constaté que pour un fonctionnement en mode de poussée inertielle, prolongée ou pour une longue descente, lorsqu'on injecte de faibles doses de carburant ou plus de carburant du tout, les chambres de combustion refroidissent. Ensuite, on aura une injection avec une dose de carburant importante entraînant une forte émission de fumée. On évite cette situation au refroidissement en commandant de manière correspondante les bougies-crayon. De manière préférentielle, au moins un paramètre de fonctionnement correspond à la quantité ou à la dose de carburant injectée dans le moteur à combustion interne. Cela permet d'initialiser l'opération de préchauffage si la dose de carburant correspond à une valeur nulle pour un certain temps. De manière préférentielle, au moins un paramètre de fonctionnement correspond à la température de l'eau de refroidissement. Cela permet d'initialiser la phase de préchauffage si la température de l'eau de refroidissement se situe pendant une certaine durée en dessous d'un seuil. De manière préférentielle, au moins un paramètre de fonctionnement correspond à la pression de l'air. Cela permet d'initia- liser la phase de préchauffage si la pression de l'air alimentant le moteur à combustion interne passe au-dessus ou en dessous d'une va-leur de seuil pendant une durée déterminée. De manière préférentielle, on effectue le procédé dans un appareil de commande de durée de préchauffage relié à la bougie de préchauffage. L'appareil de commande de durée de préchauffage reçoit l'information de l'appareil de commande ou de gestion du moteur lui indiquant quant il faut préchauffer et quant il ne faut pas préchauffer. L'appareil de commande de la durée de préchauffage signale à l'appareil de commande ou de gestion du moteur par l'intermédiaire de la ligne de 5 diagnostic (interface) les erreurs qu'il a décelées par exemple la défaillance d'une bougie-crayon. En variante, on applique le procédé à une commande de moteur reliée à la bougie-crayon. La commande de moteur reçoit les signaux électriques des capteurs pour les exploiter et calculer les io signaux de commande des organes d'actionnement (actionneurs). Le programme de commande pour cela est enregistré sous la forme d'un programme dans une mémoire. L'exécution du programme est assurée par un microcontrôleur. De façon préférentielle, la commande du moteur reçoit 15 par l'intermédiaire d'une interface, au moins une grandeur de variation de température en provenance de l'appareil de commande de la durée de préchauffage. On calcule alors une grandeur de variation dans la commande du moteur. Par l'interface, on fournit uniquement des grandeurs de variation. Pour le reste, l'appareil de commande de la 20 durée de préchauffage utilise une valeur antérieure et commande ainsi la bougie-crayon. Dans ce cas, la grandeur de variation est calculée à partir de la partie lente provenant d'un régulateur et d'une partie rapide provenant d'une commande. De façon préférentielle, on distingue l'au moins une 25 grandeur de variation de température appliquée à l'interface par des bits caractéristiques. Cela réduit la quantité de données nécessaire au calcul. Le problème posé ci-dessus est également résolu par un appareil de commande d'un moteur à combustion interne comportant 30 une unité de commande pour commander la température d'au moins une bougie-crayon, caractérisé en ce que l'appareil de commande est réalisé pour que la température de la bougie-crayon soit commandée en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur à combustion interne, pour avoir en permanence des propriétés de 35 combustion optimales pour le moteur à combustion interne. Un élément essentiel de l'appareil de commande de moteur selon l'invention réside dans le fait que pour des états de fonctionnement déterminés, les caractéristiques de combustion du moteur à combustion interne atteignent une valeur optimale ou encore les émissions de gaz d'échappement sont réduites de manière significative si la température de la bougie-crayon est régulée selon les paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne. Dessins Le procédé selon l'invention sera décrit ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels les parties identiques ou analogues portent les mêmes références. Dans les dessins : - la figure 1 montre une régulation T en boucle fermée en combinaison avec une commande T en boucle ouverte selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 montre une courbe servant à décrire le profil de température de la bougie-crayon en fonction du temps, et - la figure 3 montre une régulation T en boucle fermée en combinaison avec une commande T en boucle ouverte selon l'état de la technique. Description d'un mode de réalisation de l'invention La figure 1 montre la structure d'une régulation T en boucle fermée en combinaison avec une commande T en boucle ouverte selon un exemple de réalisation de l'invention. Une commande de moteur EDC est reliée par une interface à un appareil de commande de la bougie-crayon GCU ou appareil de commande de la durée de préchauffage. Une boucle de régulation fermée de l'appareil de commande de la bougie-crayon GCU comporte un régulateur de température TR, un régulateur de résistance RR, une bougie-crayon GP et une installation de modèle de température de bougie TM ; ces différents moyens sont reliés les uns aux autres dans cet ordre. Entre la sortie de l'installation de modèle de température de bougie TM et l'entrée du régulateur de température TR, il y a une première boucle de liaison Pl . Le point de liaison à l'entrée du régulateur de température TR comporte un premier circuit soustracteur S1 recevant les signaux de température des deux lignes de liaison. Plus précisément, le premier circuit soustracteur S1 reçoit une valeur de consigne de la température Tcons de 1' appareil de commande de la bougie-crayon GCU ainsi que la valeur réelle de la température Trée1 de la première boucle de liaison Pl. Le premier circuit soustracteur S1 calcule une valeur de différence de température AT à partir des deux valeurs qu'il reçoit pour appliquer cette valeur de différence de température AT à l'entrée du régulateur de température TR. Le régulateur de température TR calcule une valeur de consigne de la résistance Rems et applique cette valeur de consigne de la résistance Reons à un second circuit soustracteur S2 ; celui-ci est branché entre le régulateur de température TR et le régulateur de résistance RR. L'autre entrée du second circuit soustracteur S2 reçoit une valeur réelle de la résistance Rrée1 par une seconde boucle de liaison P2. Cette valeur réelle de la résistance Rréei se calcule à partir du quotient d'une valeur efficace de la tension globale Ueff correspondant à l'addition d'une première valeur efficace de la tension globale Ueffl et d'une seconde valeur efficace de la tension globale Ueff2 divisées par la valeur de mesure d'intensité Imes disponible à la sortie de la bougie-crayon GP. La première valeur efficace de la tension globale Ueffl est disponible à la sortie du régulateur de résistance RR. La seconde valeur efficace de la tension globale Ueff2 provient d'une commande Cl en réponse à des paramètres de fonctionnement rapportés par exemple à la vitesse de rotation du moteur à combustion interne et/ou à la quantité injectée de carburant dans le moteur à combustion interne et/ou à la température de l'eau de refroidissement et/ou à la pression de l'air. La seconde valeur efficace de la tension globale Ueff2 se calcule selon la formule suivante : d((le. aus Commande) Uef.z * dt t 8 La valeur réelle de la résistance Rréel se calcule ainsi par la formule suivante : RZ5 = Imes dans laquelle : Ueff = Uef Ueff 1 "eff2 Le second circuit soustracteur S2 calcule la différence de la valeur de consigne de la résistance Reons et de la valeur réelle de la résistance Rrée1 pour fournir en sortie une valeur de différence de résistances AR. Cette valeur de différence de résistances AR est appliquée au régulateur de résistance RR. A la sortie de cette boucle de régulation fermée, on recueille la valeur réelle de la température Tréei. La figure 2 montre une courbe servant à décrire l'évolution de la température de la bougie- crayon GP en fonction du temps. Le trait plein L1 correspond à l'évolution de la valeur réelle de la température Tréel en fonction du temps. La valeur réelle de la température Tréel est mesurée ici en mode modélisé. La valeur réelle de la température Tréel arrive à l'instant t 1 avec un niveau de température constant TL. A l'instant t1, la valeur réelle de la température Tréel subit une variation brusque liée à une grandeur perturbatrice par exemple une dose d'injection, une vitesse de rotation ou les deux effets. Cette valeur réelle de la température Tréel varie ensuite fortement en fonction du temps et ne se stabilise au niveau de température TL qu'à l'instant t3. La ligne en pointillés L2 représente la courbe de la valeur de consigne de la température Teons en fonction du temps. La valeur de consigne de la température Teons arrive également à l'instant t 1 avec un niveau de température constant continu TL. A l'instant t1, l'évolution de la valeur de consigne de la température Teons subit également une variation brusque à cause d'une grandeur perturbatrice par exemple d'une quantité injectée, d'une vitesse de rotation ou des deux effets. Cette variation brusque se produit dans le sens opposé de la variation brusque de l'évolution de la valeur réelle de la température Trée1. Contrairement à l'évolution de la valeur réelle de la température Tréel, celle de la valeur de consigne de la température Tons se rapproche rapidement sans oscillation, à l'instant t2, d'un niveau de température TL ; l'instant t2 précède l'instant t3. Il y a ainsi une compensation de l'inertie du régulateur par la variation de la valeur de consigne de la température Tcons dans la commande de moteur EDC. Un avantage particulier réside dans le fait que l'on ne transmet aucune données en particulier la vitesse de rotation du moteur à combustion interne, la quantité à injecter, etc.. par l'interface entre la commande de moteur EDC et l'appareil de commande de la bougie-crayon GCU. Cela permet d'économiser les capacités de calcul et se traduit par un avantage de coût.15 REVENDICATIONS 1 °) Procédé de commande d'au moins une bougie-crayon (GP) d'un moteur à combustion interne selon lequel, on commande la température de la bougie-crayon (GP) en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur à combustion interne pour avoir des propriétés optimales de combustion du moteur à combustion interne. 2°) Procédé de commande d'au moins une bougie-crayon (GP) d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins un paramètre de fonctionnement correspond à la vitesse de rotation du moteur à combustion interne. 3°) Procédé de commande d'au moins une bougie-crayon (GP) d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins un paramètre de fonctionnement comporte une quantité d'injection pour le carburant à injecter dans le moteur à combustion interne. 4°) Procédé de commande d'au moins une bougie-crayon (GP) d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins un paramètre de fonctionnement correspond à la température de l'eau de refroidissement. 5°) Procédé de commande d'au moins une bougie-crayon (GP) d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins un paramètre de fonctionnement correspond à la pression de l'air. 6°) Procédé de commande d'au moins une bougie-crayon (GP) d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1,caractérisé en ce que le procédé est appliqué à un appareil de commande de la bougie-crayon (CGU) relié à une bougie-crayon (GP). 7°) Procédé de commande d'au moins une bougie-crayon (GP) d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le procédé est réalisé par une commande de moteur (EDC) reliée à la bougie-crayon (GP). 8°) Procédé de commande d'au moins une bougie-crayon (GP) d'un moteur à combustion interne selon la revendication 7, caractérisé en ce que la commande de moteur est reliée par une interface pour appliquer au moins une grandeur de variation de température d'un appareil de commande de durée de préchauffage. 9°) Procédé de commande d'au moins une bougie-crayon (GP) d'un moteur à combustion interne selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' au moins la grandeur de variation de la température appliquée à l'interface est différente par des bits caractéristiques. 10°) Appareil de commande d'un moteur à combustion interne comportant une unité de commande pour commander la température d'au moins une bougie-crayon (GP), caractérisé en ce que l'appareil de commande est réalisé pour que la température de la bougie-crayon (GP) soit commandée en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur à combustion interne, pour avoir en permanence des propriétés de combustion optimales pour le moteur à combustion interne.35