Brevet FR2936567A1 — publié le 20100402

PROCEDE D'ESTIMATION D'UN PARAMETRE D'EVALUATION DE LA QUALITE DE COMBUSTION DANS UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE L'invention concerne un procédé d'estimation d'un paramètre d'évaluation de la qualité de combustion dans un moteur à combustion interne, et plus particulièrement un procédé d'estimation du bruit de combustion. Elle concerne également un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé. La performance d'un moteur à combustion interne, et notamment d'un moteur Diesel conventionnel à quatre temps, est la somme des performances de chacun des cylindres du moteur. La performance peut concerner le couple fourni par le moteur, le bruit de combustion, le niveau de pollution, ou toute autre mesure qui peut être effectuée sur chacun des cylindres du moteur. Si un cylindre seulement est moins performant que prévu, c'est tout le moteur qui sera moins performant. Les raisons des différences de performance d'un cylindre à l'autre sont multiples. Il peut par exemple s'agir d'un mauvais état d'un cylindre par rapport aux autres, de la configuration de l'arrivée d'air qui ne permet pas de remplir aussi bien tous les cylindres, d'un injecteur encrassé ou de toute autre raison physique. Il existe ainsi des paramètres révélateurs de la qualité de la combustion, et donc de la performance du moteur. Ces paramètres d'évaluation de la qualité de combustion peuvent en général être estimés à partir de paramètres d'estimation, dans les cylindres. Un paramètre d'évaluation de la qualité de combustion peut être par exemple le couple moyen indiqué ou le bruit de combustion. Si le bruit mesuré ou estimé dans un cylindre n'est pas celui espéré, on peut alors supposer que les réglages de l'injection sont mauvais, et les optimiser pour améliorer la combustion, et par exemple limiter ainsi les émissions de polluants. Une manière d'égaliser les performances des différents cylindres est donc de mesurer ou d'estimer ces paramètres d'évaluation de la qualité de la combustion, puis de les égaliser. On peut notamment mesurer le bruit de combustion de chaque cylindre pour comparer la performance des différents cylindres. Toutefois, la mesure ou l'estimation des paramètres d'évaluation nécessite de grandes ressources en capacité de calcul. La présente invention a pour objectif de remédier à ces inconvénients. L'invention propose un procédé permettant de calculer un paramètre d'évaluation de la qualité de combustion dans un moteur à combustion interne, le procédé nécessitant peu de ressources en calcul. L'invention a ainsi pour objet un procédé d'estimation d'un paramètre d'évaluation de la qualité de combustion, dans un moteur à combustion interne à quatre temps et n cylindres référencés 1 à n, les cycles de combustion de deux cylindres de références consécutives étant décalés d'une période P ; à partir de la mesure dans les cylindres d'un ou plusieurs paramètres d'estimation dudit paramètre d'évaluation de la qualité de combustion. La mesure peut être réalisée pendant un cycle du moteur ou plus. Conformément au procédé selon l'invention, la référence des cylindres consécutifs mesurés obéit à la série up(k,n) définie par : uo = i, i étant un nombre entier compris entre 1 et n, up = uP_1+k si (up_1+k) n, et l'intervalle de temps entre le début de la mesure d'un paramètre d'estimation dans un cylindre de référence up et le début de la mesure du paramètre d'estimation dans le cylindre de référence up+1 est égal à kP. 25 Ainsi, les mesures sur deux cylindres de références consécutives sont espacées de kP, ce qui permet de réduire le temps d'acquisition des mesures et le temps d'estimation, tout en estimant le paramètre d'évaluation de la qualité de combustion sur la totalité des n cylindres, du fait que les nombres k et n sont premiers entre eux. 30 Chaque cylindre peut former une chambre de combustion dont le volume est délimité par un piston coulissant dans le cylindre en un mouvement rectiligne alternatif transformé en un mouvement de rotation par l'intermédiaire d'une bielle reliant le piston à un vilebrequin, et les paramètres d'estimation du paramètre d'évaluation de la qualité de combustion peuvent être la pression dans la chambre de combustion et l'angle du vilebrequin. Le paramètre d'évaluation de la qualité de combustion peut être le bruit de combustion, le couple moyen indiqué ou la puissance moyenne indiquée. On utilise de préférence le bruit de combustion. Le bruit de combustion au sens de l'invention est le bruit audible par l'oreille humaine d'un moteur à combustion. La période P correspond avantageusement à la durée de 2/n tours de moteur. En effet, les quatre temps du cycle de combustion étant répartis sur deux tours de moteur, une période de 2/n tours permet une meilleure coopération des cylindres. Le moteur est typiquement un moteur à quatre cylindres. On peut toutefois également utiliser un moteur à trois cylindres, ou à cinq cylindres ou 15 plus. Dans le cas d'un moteur à quatre cylindres, pour obtenir un bon compromis entre la précision de l'estimation et l'économie en termes de calcul, k est de préférence égal à 3. Le procédé peut comprendre en outre une étape de comparaison entre 20 elles des valeurs estimées dudit paramètre d'évaluation de la qualité de combustion, et une étape d'ajustement des paramètres d'injection si un ou plusieurs écarts entre les valeurs comparées sont supérieurs à une ou plusieurs valeurs prédéterminées. Les paramètres d'injection sont notamment le débit de carburant et le 25 moment d'injection. L'invention a également pour objectif un dispositif d'estimation d'un paramètre d'évaluation de la qualité de combustion dans un moteur à combustion interne à quatre temps et n cylindres référencés 1 à n, les cycles de combustion de deux cylindres de références consécutives étant décalés d'une 30 période P, le dispositif comprenant dans les cylindres des moyens de mesure d'un ou plusieurs paramètres d'estimation dudit paramètre d'évaluation de la qualité de combustion, les moyens de mesure étant reliés à un calculateur apte à estimer le paramètre d'évaluation de la qualité de combustion à partir des mesures obtenues. Dans le dispositif selon l'invention, le calculateur est apte à commander 5 les moyens de mesure de manière à ce que la référence des cylindres consécutifs mesurés obéisse à la série up(k,n) définie par : uo = i, i étant un nombre entier compris entre 1 et n, up = uP_1+k si (up_1+k) n, et de manière à ce que l'intervalle de temps entre le début de la mesure d'un paramètre d'estimation dans un cylindre de référence up et le début de la mesure du paramètre d'estimation dans le cylindre de référence up+1 soit égal à kP. 15 Le paramètre d'évaluation de la qualité de combustion peut être le bruit de combustion. Dans ce cas, chaque cylindre formant une chambre de combustion dont le volume est délimité par un piston coulissant dans le cylindre en un mouvement rectiligne alternatif transformé en un mouvement de rotation par l'intermédiaire d'une bielle reliant le piston à un vilebrequin, les paramètres 20 d'estimation du bruit de combustion peuvent être la pression dans la chambre de combustion et l'angle du vilebrequin. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : 25 - la figure 1 illustre schématiquement un dispositif de mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention, - la figure 2 est un diagramme comparatif de mise en oeuvre d'un procédé selon l'état de la technique et d'un procédé selon l'invention dans un moteur à combustion interne à quatre temps, 30 - la figure 3 illustre sous forme de schéma-blocs différentes étapes du procédé selon l'invention, et - la figure 4 est un schéma de principe d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le moteur, tel qu'illustré à la figure 1, comprend quatre cylindres 1,2,3,4 formant chacun une chambre de combustion 5. Dans chaque cylindre 1,2,3,4, un piston 6 coulisse en un mouvement rectiligne alternatif. Ce mouvement est ensuite transformé en un mouvement de rotation continu par l'intermédiaire d'une bielle 7 reliant le piston 6 à un vilebrequin 8. Chaque cylindre 1,2,3,4 est en outre fermé par une culasse 9 équipée de deux soupapes 10,12 : une soupape 10 d'admission reliant la chambre de combustion 5 à une zone d'admission 11, et permettant l'alimentation de la chambre de combustion 5 en mélange air/carburant (cas d'un moteur à essence conventionnel), ou en air (cas d'un moteur Diesel conventionnel), et une soupape 12 d'échappement, reliant la chambre de combustion 5 à une zone d'échappement 13, de façon à permettre l'évacuation des gaz brûlés détendus vers l'échappement. Le positionnement des soupapes 10,12 est commandé par un arbre à cames, non représenté, relié au vilebrequin 8. Le dispositif comprend également un élément 14, qui est une bougie d'allumage dans le cas d'un moteur à essence, ou un injecteur de carburant dans le cas d'un moteur Diesel. Le dispositif comprend en outre un calculateur 15 relié à un capteur 16 de pression dans la chambre de combustion 5 ainsi qu'à un capteur 17 d'angle du vilebrequin 8. L'estimation du bruit de combustion peut être réalisée dans le calculateur 15 par des calculs en fonction de la pression dans la chambre de combustion 5 et de l'angle du vilebrequin 8, par exemple à partir du relevé du gradient de pression dans le cylindre 1,2,3,4. Un procédé de détermination du bruit de combustion est décrit par exemple dans le document FR 2 909 762. Dans un procédé selon l'état de la technique, tel qu'illustré sur la partie supérieure du diagramme de la figure 2, la mesure de la pression dans la chambre de combustion et de l'angle du vilebrequin sont effectuées en continu et dans tous les cylindres référencés 1 à 4 dans leur ordre d'allumage, ce qui nécessite des capacités de calcul et de stockage importantes du calculateur. Pour connaître le bruit de combustion d'un moteur, il faut estimer le bruit de combustion de chacun de ses cylindres 1,2,3,4. Dans les moteurs à quatre temps et à quatre cylindres 1,2,3,4, un cycle complet de combustion s'effectue sur deux tours et les cycles sont généralement décalés d'un demi-tour de vilebrequin. Pour calculer le bruit de combustion, on mesure la pression pendant tout le cycle, puis on commence le calcul. Or, les caractéristiques de combustion d'un cylindre 1,2,3,4 ne changent pas énormément d'un tour de vilebrequin à l'autre, surtout lorsque le régime est sensiblement stable. L'invention propose de ne pas calculer le bruit de combustion à chaque combustion, afin de gagner du temps de calcul. Si l'on calcule le bruit de combustion seulement un cylindre sur deux, par exemple le cylindre 1, puis le cylindre 3, puis le cylindre 1, etc., alors on ne calculera le bruit de combustion que de deux cylindres, les cylindres 2 et 4 n'étant jamais pris en compte. C'est pourquoi on mesure le bruit tous les k cylindres, k étant un nombre entier tel que k et 4 soient premiers entre eux. k est par exemple égal à 3, de sorte que l'on mesure le bruit tous les 3 cylindres, tel qu'illustré sur la partie inférieure du diagramme de la figure 2. Ainsi, en mesurant le bruit tous les 3 cylindres, et en partant du cylindre 1, on va successivement mesurer le bruit sur le cylindre 1, puis le cylindre 4, puis le cylindre 3, puis le cylindre 2, puis le cylindre 1, et ainsi de suite. On pourrait également envisager que k soit supérieur à 3, par exemple k=5. Dans ce cas, on calcule le bruit de un cylindre sur cinq, soit sur le cylindre 1, puis le cylindre 2, puis le cylindre 3, puis le cylindre 4, puis le cylindre 1, et ainsi de suite, les mesures sur deux cylindres consécutifs étant espacées de deux tours et demi de moteur. Ce mode de réalisation, dans lequel on ne récupère les valeurs des paramètres d'estimation que d'un cylindre à la fois, est adapté au cas où les ressources du calculateur sont très faibles. Les calculs du bruit de combustion étant réalisés moins souvent, une fois sur trois seulement, on économise aussi la place mémoire nécessaire. En outre, comme le calculateur n'acquiert la mesure que de un ou deux cylindres au maximum en même temps, au lieu des quatre cylindres en permanence dans le procédé de l'état de la technique, il économise également du temps d'acquisition. Cette économie facilite l'acquisition des nombreuses autres mesures arrivant au calculateur du moteur. La figure 3 illustre les différentes étapes du procédé. Le dispositif calculateur du moteur est d'abord synchronisé, c'est-à-dire qu'il reconnaît 10 l'angle du vilebrequin et le cylindre dans lequel il doit injecter. Dans les moteurs Diesel à quatre temps, le cycle de combustion se passe schématiquement comme suit : a) admission d'air frais dans le cylindre, b) compression de l'air contenu dans le cylindre, 15 c) injection du carburant puis combustion de celui-ci, et d) échappement hors du cylindre des produits de la combustion. L'injection du carburant se fait, pour un cylindre donné, tous les deux tours de vilebrequin. Chacune des phases dure environ un demi-tour. Sur les moteurs quatre cylindres à quatre temps, il y a donc une injection tous les demi- 20 tours dans un des quatre cylindres. Le calculateur s'apprête ensuite à enregistrer les valeurs de pression et d'angle du vilebrequin qui vont lui arriver du prochain cylindre qui commencera son cycle de combustion. Soit i la référence de ce prochain cylindre. Dès que le cycle de combustion du cylindre i commence, le calculateur 25 enregistre les valeurs de pression et d'angle du vilebrequin du cylindre i. Un tour et demi après le début des enregistrements, le calculateur enregistre les valeurs de pression et d'angle du vilebrequin du cylindre i+3. Si i+3 est strictement supérieur à 4, qui est le nombre de cylindres, on retranche 4 à i+3 et on retrouve la référence du cylindre à enregistrer, comprise entre 1 et 4. 30 Ainsi, si i vaut 2, alors i+3=5, ce qui est strictement supérieur à 4. On retranche alors 4 à 5. Le cylindre qui doit être enregistré est donc le cylindre 1. Un demi-tour plus tard, on a ainsi les valeurs de pression du cylindre i sur tout le cycle, soit sur deux tours. Le calculateur arrête les enregistrements de pression et d'angle vilebrequin sur le cylindre i, tout en continuant les enregistrements de pression et d'angle vilebrequin sur le cylindre i+3, et calcule le bruit de combustion du cylindre i. L'indice i+3 est alors remplacé par i. Le procédé se poursuit en enregistrant les valeurs de pression et d'angle vilebrequin du cylindre i+3, auquel on soustraie le cas échéant 4 pour obtenir une référence de cylindre comprise entre 1 et 4, comme indiqué ci-dessus. Le moteur 18 à 4 cylindres 1,2,3,4, tel qu'illustré à la figure 4, est relié au calculateur 15, qui réalise les opérations suivantes : - stockage des valeurs de pression et d'angle vilebrequin issues des cylindres 1 à 4, - calcul du bruit de combustion, - calcul le cas échéant de la régulation du bruit de combustion et régulation par l'envoi d'une commande aux actionneurs du moteur. On a décrit ci-dessus un procédé d'estimation du bruit de combustion. L'invention n'est toutefois pas limitée à ce mode de réalisation et on peut estimer d'autres paramètres d'évaluation de la qualité de combustion, comme par exemple le couple moyen indiqué (CMI) ou la pression moyenne indiquée (PMI). Le capteur de pression et le capteur d'angle du vilebrequin peuvent en effet fournir une estimation du couple moteur d'après la relation suivante : 1 Nom` PMI • Vcyl CMI = L f Pi (a Vi 4n i-1 47t avec : a angle du vilebrequin ; Vi : volume de la chambre de combustion du cylindre i tout 30 au long du cycle ; Vcyl : cylindrée unitaire ;25 pi pression dans la chambre de combustion du cylindre i ; Ncyl : nombre de cylindres du moteur. CMI désigne le Couple Moyen Indiqué et PMI désigne la Pression Moyenne 5 Indiquée, qui est proportionnelle au CMI. REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation d'un paramètre d'évaluation de la qualité de combustion, dans un moteur (18) à combustion interne à quatre temps et n cylindres (1,2,3,4) référencés 1 à n, les cycles de combustion de deux cylindres (1,2,3,4) de références consécutives étant décalés d'une période P ; à partir de la mesure dans les cylindres (1,2,3,4) d'un ou plusieurs paramètres d'estimation dudit paramètre d'évaluation de la qualité de combustion, caractérisé en ce que la référence des cylindres (1,2,3,4) consécutifs mesurés obéit à la série up(k,n) définie par : uo = i, i étant un nombre entier compris entre 1 et n, up = uP_1+k si (up_1+k) 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque cylindre (1,2,3,4) forme une chambre de combustion (5) dont le volume est délimité par un piston (6) coulissant dans le cylindre (1,2,3,4) en un mouvement rectiligne alternatif transformé en un mouvement de rotation par l'intermédiaire d'une bielle (7) reliant le piston (6) à un vilebrequin (8), et en ce que les paramètres d'estimation sont la pression dans la chambre de combustion (5) et l'angle du vilebrequin (8). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le paramètre d'évaluation de la qualité de combustion est le bruit de combustion, le couple moyen indiqué ou la puissance moyenne indiquée. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la période P correspond à la durée de 2/n tours de moteur (18). 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moteur (18) est un moteur (18) à quatre cylindres (1,2,3,4). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que k=3. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de comparaison entre elles des n valeurs estimées du paramètre d'évaluation de la qualité de combustion, et une étape d'ajustement des paramètres d'injection si un ou plusieurs écarts entre les valeurs comparées sont supérieurs à une ou plusieurs valeurs prédéterminées. 8. Dispositif d'estimation d'un paramètre d'évaluation de la qualité de combustion dans un moteur (18) à combustion interne à quatre temps et n cylindres (1,2,3,4) référencés 1 à n, les cycles de combustion de deux cylindres (1,2,3,4) de références consécutives étant décalés d'une période P, le dispositif comprenant dans les cylindres (1,2,3,4) des moyens de mesure (16,17) d'un ou plusieurs paramètres d'estimation dudit paramètre d'évaluation de la qualité de combustion, les moyens de mesure (16,17) étant reliés à un calculateur (15) apte à estimer le paramètre d'évaluation de la qualité de combustion à partir des mesures obtenues, caractérisé en ce que le calculateur (15) est apte à commander les moyens de mesure (16,17) de manière à ce que la référence des cylindres (1,2,3,4) consécutifs mesurés obéisse à la série up(k,n) définie par : uo = i, i étant un nombre entier compris entre 1 et n, up = uP_1+k si (uP_1+k) n, et de manière à ce que l'intervalle de temps entre le début de la mesure d'un paramètre d'estimation dans le cylindre (1,2,3,4) de référence up et le début de la mesure du paramètre d'estimation dans le cylindre (1,2,3,4) de référence up+1 soit égal à kP. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le paramètre d'évaluation de la qualité de combustion est le bruit de combustion, et en ce que, chaque cylindre (1,2,3,4) formant une chambre de combustion (5) dont le volume est délimité par un piston (6) coulissant dans le cylindre (1,2,3,4) en un mouvement rectiligne alternatif transformé en un mouvement de rotation par l'intermédiaire d'une bielle (7) reliant le piston (6) à un vilebrequin (8), les paramètres d'estimation du bruit de combustion sont la pression dans la chambre de combustion (5) et l'angle du vilebrequin (8). 1215