Brevet FR3022591A1 — publié le 20151225

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale le domaine des moteurs à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement un procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne dans lequel, - à un premier point de fonctionnement du moteur à combustion interne, on acquiert la valeur d'un paramètre caractéristique dudit point de fonctionnement, et on en déduit une première consigne de température de liquide de refroidissement dans le moteur à combustion interne et une première consigne de richesse du mélange d'air et de carburant à admettre dans le moteur à combustion interne, - lors d'un passage à un second point de fonctionnement différent du premier point de fonctionnement, on acquiert la valeur dudit paramètre et on en déduit des secondes consignes de température et de richesse. Elle concerne également un moteur à combustion interne comportant un bloc-moteur, une ligne d'admission d'air frais dans le bloc-moteur équipée d'une vanne de régulation du débit d'air frais, une ligne d'échappement des gaz brûlés hors du bloc-moteur, une ligne d'injection de carburant dans le bloc-moteur équipée d'au moins un injecteur de carburant dans le bloc-moteur, et un circuit de refroidissement du bloc-moteur équipé d'un thermostat. Elle concerne en particulier les moteurs à allumage commandé. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Lorsqu'un conducteur appuie sur la pédale d'accélérateur, le moteur à combustion interne est piloté de manière à changer de point de fonctionnement. Le calculateur de ce moteur à combustion interne calcule à cet effet de nouvelles quantités d'air et de carburant à injecter dans les cylindres du moteur. Le bon fonctionnement de ce moteur impose de ne pas dépasser certaines limites thermomécaniques, telles qu'un seuil de vitesse de rotation de l'arbre moteur ou un seuil de température admissible du bloc-moteur. Or, lorsqu'un moteur à combustion interne passe d'un point de fonctionnement à un autre, suite à une accélération du conducteur, on constate une élévation de la température des gaz brûlés. 3022591 2 Il est alors nécessaire de limiter cette élévation de température pour éviter une surchauffe du moteur. On connaît du document EP1320669 un procédé selon lequel il est prévu de piloter la température de liquide de refroidissement du moteur à combustion 5 interne en fonction du nouveau point de fonctionnement de ce moteur. Il est notamment prévu de réduire la température de liquide de refroidissement lorsque le moteur fonctionne à forte charge. Néanmoins, la température de liquide de refroidissement du moteur ne varie pas instantanément avec la nouvelle consigne de température imposée. Le 10 refroidissement du bloc-moteur présente lui-même un certain temps de latence. Ces deux phénomènes combinés ont pour conséquence un risque d'augmentation temporaire de la température du bloc-moteur au-delà du seuil de température admissible. OBJET DE L'INVENTION 15 Afin de remédier à l'inconvénient précité de l'état de la technique, la présente invention propose de piloter astucieusement la température de liquide de refroidissement et la quantité de carburant injecté dans les cylindres du bloc-moteur de manière à limiter les variations de température de ce bloc-moteur. Plus particulièrement, on propose selon l'invention un procédé de 20 pilotage d'un moteur à combustion interne tel que défini en introduction, dans lequel, si la seconde consigne de température est inférieure strictement à la première consigne de température, il est prévu des étapes de : a) détermination d'un surplus de richesse à ajouter à la seconde consigne de richesse, 25 b) acquisition de la température des gaz brûlés, et c) réduction progressive du surplus de richesse en fonction de la température des gaz brûlés acquise. Les étapes a) à c) sont mises en oeuvre si la consigne de température de liquide de refroidissement baisse, c'est-à-dire s'il y a un risque que la température 30 du bloc-moteur dépasse le seuil admissible. Grâce à l'invention, le surplus de richesse en carburant injecté à l'étape a) dans les cylindres a pour effet de bloquer rapidement l'élévation de température des gaz brûlés. Il a pour conséquence une plus grande consommation de carburant. 3022591 3 C'est la raison pour laquelle ce surplus est progressivement réduit à l'étape c) pendant la durée qui est nécessaire pour abaisser la température de liquide de refroidissement jusqu'à sa consigne. De cette manière, l'élévation de température du bloc-moteur est limitée 5 et la consommation en carburant est réduite. D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du procédé de pilotage conforme à l'invention sont les suivantes : - à l'étape c), la valeur du surplus de richesse réduit est lue dans une cartographie en fonction de la température des gaz brûlés ; 10 - à l'étape c), la valeur du surplus de richesse réduit est calculée à l'aide d'un régulateur en fonction de la température des gaz brûlés ; - le régulateur est un régulateur proportionnel, intégral et dérivé ; - chaque consigne de température de liquide de refroidissement est lue dans une cartographie prédéterminée ; 15 - chaque consigne de température de liquide de refroidissement est choisie dans un premier échantillon de valeurs distinctes ; - le premier échantillon comporte au plus cinq valeurs distinctes ; - le premier échantillon comporte trois valeurs distinctes, à savoir 80°C, 90°C et 100°C ; 20 - lorsque la température extérieure au moteur à combustion interne est supérieure à un seuil prédéterminé, chaque consigne de température de liquide de refroidissement est choisie dans un second échantillon de valeurs, la valeur la plus basse de ce second échantillon étant supérieure à la valeur la plus basse du premier échantillon. 25 L'invention propose également un moteur à combustion interne tel que défini en introduction et qui comporte un calculateur adapté à mettre en oeuvre le procédé de pilotage selon l'invention et à piloter ladite vanne de régulation, chaque injecteur, et ledit thermostat selon les consignes de température de liquide de refroidissement et de richesse, et compte tenu dudit surplus de richesse. 30 DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : 3022591 4 - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne selon l'invention, et - la figure 2 est un diagramme illustrant les étapes du procédé mis en oeuvre pour piloter le moteur à combustion interne de la figure 1. 5 Dans la description, les termes « amont » et « aval » seront utilisés suivant le sens de l'écoulement des gaz, depuis le point de prélèvement de l'air frais dans l'atmosphère jusqu'à la sortie des gaz brûlés dans l'atmosphère. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un moteur à combustion interne 1 de véhicule automobile, qui comprend un bloc-moteur 10 10 pourvu d'un vilebrequin et de quatre pistons (non représentés) logés dans quatre cylindres 11. Ce moteur est ici à allumage commandé. Il pourrait également être à allumage par compression. En amont des cylindres 11, le moteur à combustion interne 1 comporte 15 une ligne d'admission 20 qui prélève l'air frais dans l'atmosphère et qui débouche dans un répartiteur d'air 25 agencé pour répartir l'air frais vers chacun des quatre cylindres 11 du bloc-moteur 10. Cette ligne d'admission 20 comporte, dans le sens d'écoulement de l'air frais, un filtre à air 21 qui filtre l'air frais prélevé dans l'atmosphère, un compresseur 22 qui comprime l'air frais filtré par le filtre à air 21, 20 un refroidisseur d'air principal 23 qui refroidit cet air frais comprimé, et une vanne de régulation 24 du débit d'air frais Qair débouchant dans le répartiteur d'air 25, appelée ci-après « vanne d'admission 24 ». En sortie des cylindres 11, le moteur à combustion interne 1 comporte une ligne d'échappement 30 qui s'étend depuis un collecteur d'échappement 31 25 dans lequel débouchent les gaz qui ont été préalablement brûlés dans les cylindres 11, jusqu'à un silencieux d'échappement 37 permettant de détendre les gaz brûlés avant qu'ils ne soient évacués dans l'atmosphère. Elle comporte par ailleurs, dans le sens d'écoulement des gaz brûlés, une turbine 32 et un pot catalytique 33 de traitement des gaz brûlés. 30 La turbine 32 est entraînée en rotation par le flux de gaz brûlés sortant du collecteur d'échappement 31, et elle permet d'entraîner le compresseur 22 en rotation, grâce à des moyens de couplage mécanique tels qu'un simple arbre de transmission. Le moteur à combustion interne 1 comporte par ailleurs une ligne 3022591 5 d'injection 50 de carburant dans les cylindres 11. Cette ligne d'injection 50 comporte une pompe d'injection 52 agencée pour prélever le carburant dans un réservoir 51 afin de l'amener sous pression dans un rail de distribution 53. Cette ligne d'injection 50 comporte en outre quatre injecteurs 54 dont les entrées 5 communiquent avec le rail de distribution 53 et dont les sorties débouchent respectivement dans les quatre cylindres 11. Le moteur à combustion interne 1 comporte également un circuit de refroidissement 40 du bloc-moteur 10 qui permet notamment de faire circuler un liquide de refroidissement autour des quatre cylindres 11. Ce circuit de 10 refroidissement 40 comporte au moins un thermostat 41 qui impose une consigne sur la température de liquide de refroidissement, un échangeur thermique 42 entre l'air ambiant et le liquide de refroidissement, communément appelé radiateur 42, et une pompe 43 qui permet de forcer le liquide de refroidissement à circuler dans le circuit de refroidissement 40. 15 Concernant la circulation des fluides, lorsque le moteur est démarré, l'air frais prélevé dans l'atmosphère par la ligne d'admission 20 est filtré par le filtre à air 21, comprimé par le compresseur 22, refroidi par le refroidisseur d'air principal 23, puis brûlé avec le carburant injecté dans les cylindres 11. Le liquide de refroidissement est mis en circulation continue dans le 20 circuit de refroidissement 40 par la pompe 43. Ce liquide est refroidi par échange thermique dans le radiateur 42 à une température imposée par le thermostat 41, selon une consigne de température de liquide de refroidissement CTI. A leur sortie des cylindres 11, les gaz brûlés sont détendus dans la turbine 32, traités et filtrés dans le pot catalytique 33, puis détendus à nouveau 25 dans le silencieux d'échappement 37 avant d'être rejetés dans l'atmosphère. Pour piloter les différents organes du moteur à combustion interne 1 et notamment les quatre injecteurs 54, le thermostat 41, ainsi que la vanne d'admission 24, il est prévu un calculateur 100 comportant un processeur (CPU), une mémoire vive (RAM), une mémoire morte (ROM), des convertisseurs 30 analogiques-numériques (ND), et différentes interfaces d'entrée et de sortie. Grâce à ses interfaces d'entrée, le calculateur 100 est adapté à recevoir de différents capteurs des signaux d'entrée relatifs au fonctionnement du moteur et aux conditions climatiques. Dans sa mémoire vive, le calculateur 100 mémorise ainsi en continu : 3022591 6 - la charge C instantanée du moteur à combustion interne 1, - le régime R instantané du moteur à combustion interne 1, - la température ambiante Ta, c'est-à-dire la température à l'extérieur du véhicule, 5 - la température des gaz brûlés Tgb, c'est-à-dire, ici, la température dans l'enceinte du collecteur d'échappement 31. La température ambiante Ta est mesurée à l'aide d'un capteur de température situé à l'embouchure de la ligne d'admission 20, en aval du filtre à air 21. 10 La température des gaz brûlés Tgb est soit mesurée par un capteur de température, soit calculée, par exemple par approximation via un observateur d'état se basant sur la charge C, le régime R et la température ambiante Ta. La charge C correspond au rapport du travail fourni par le moteur sur le travail maximal que pourrait développer ce moteur à un régime donné. Elle est 15 généralement approximée à l'aide d'une variable appelée pression moyenne effective PME. Le régime R correspond à la vitesse de rotation du vilebrequin, exprimée en tours par minute. On définira ici un point de fonctionnement du moteur par le doublet de 20 valeurs de charge C et de régime R. En variation, le point de fonctionnement du moteur pourrait être défini en fonction de paramètres supplémentaires (par exemple en fonction de la température des gaz frais) ou en fonction de paramètres différents (par exemple en fonction de la richesse et du débit d'air frais Qair traversant la vanne 25 d'admission 24). Grâce à un logiciel et une cartographie (prédéterminée sur banc d'essais) mémorisés dans sa mémoire morte, le calculateur 100 est adapté à générer, pour chaque point de fonctionnement du moteur, des signaux de sortie. Ces signaux de sortie sont notamment une consigne de température de 30 liquide de refroidissement CTI et une consigne de richesse Cr en carburant à injecter dans le moteur. Enfin, grâce à ses interfaces de sortie, le calculateur 100 est adapté à transmettre ces signaux de sortie aux différents organes du moteur, notamment à la vanne d'admission 24, aux injecteurs 54 et au thermostat 41. 3022591 7 Comme cela est illustré sur la figure 2, lorsque le moteur du véhicule automobile est démarré, afin de le stabiliser à un premier point de fonctionnement (étape El ), le calculateur 100 calcule des premières consignes de température de liquide de refroidissement CTI1 et de richesse Cri (étape E2). 5 Ces consignes, combinées avec les deux paramètres de régime R et de couple C caractérisant le premier point de fonctionnement, permettent de commander le thermostat 41, la vanne d'admission 24 et les injecteurs 54. Le thermostat 41 est en effet piloté de manière à stabiliser la température du liquide de refroidissement qui le traverse à la valeur de la consigne CTI1 (étape 10 E3). En pratique, cette consigne CTI1 aura une valeur choisie dans un premier échantillon de trois valeurs distinctes prédéterminées (à savoir 80°C, 90°C et 100°C). Toutefois, si la température ambiante Ta est supérieure à une 15 température seuil (ici 40°C), la consigne sera choisie dans un second échantillon restreint (comprenant ici seulement les deux valeurs 90°C et 100°C) de manière à ce qu'elle reste atteignable, compte tenu des conditions climatiques et des performances du radiateur 42. Ici, on considèrera le cas où la première consigne de température de 20 liquide de refroidissement CTI1 est de 100°C. Pour leur part, les injecteurs 54 et la vanne d'admission 24 sont pilotés de manière à ce que le vilebrequin tourne au régime R et développe un couple correspondant à la charge C souhaitée. La proportion d'air frais admis et du carburant injecté dans les cylindres 11 est prévue pour être égale à la première 25 consigne de richesse Cri fixée. Le calculateur 100 détecte si une action est exercée par le conducteur sur la pédale d'accélérateur (étape E4). Tant qu'aucune action n'est exercée par le conducteur sur la pédale d'accélérateur, les consignes de pilotage sont maintenues. 30 En revanche, si par action du conducteur sur la pédale d'accélérateur, le point de fonctionnement à atteindre change, le calculateur 100 calcule de nouveaux signaux de sortie. On considérera ici le cas où le conducteur souhaite accélérer jusqu'à un second point de fonctionnement. Les injecteurs 54 sont alors commandés pour 3022591 8 introduire davantage de carburant dans les cylindres 11. En parallèle, la vanne d'admission 24 est commandée pour augmenter le débit d'air Qair admis dans ces mêmes cylindres 11. Pour atteindre ce second point de fonctionnement, le calculateur 100 5 détermine une seconde consigne de richesse Cr2 et une seconde consigne de température de liquide de refroidissement CTI2 (étape E5), et il commande les injecteurs 54, le thermostat 41 et la vanne d'admission 24 en conséquence (étape E6). A cette étape E6, le risque est que le changement de point de 10 fonctionnement entraîne une élévation de la température des gaz brûlés Tgb dans le collecteur d'échappement 31, au-delà d'un seuil de température Tseuil admissible. Pour contenir cette élévation de température, la deuxième consigne de température de liquide de refroidissement CTI2 peut être choisie à une valeur inférieure à celle de la première consigne de température de liquide de 15 refroidissement CTI1. Elle peut, par exemple, être choisie égale à 90°C. On comprend que la température de liquide de refroidissement ne va pas chuter brutalement mais qu'elle va diminuer progressivement, compte tenu des performances du radiateur 42. En attendant que la température du liquide de refroidissement atteigne 20 sa consigne, pour limiter l'élévation de température des gaz brûlés Tgb, la présente invention propose d'enrichir le mélange injecté dans les cylindres 11, en injectant un surplus de carburant Ar dans les cylindres 11. Ainsi, selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, il est prévu des étapes de : 25 - détermination d'un surplus de richesse Ar à ajouter à la seconde consigne de richesse Cr2, - acquisition de la température des gaz brûlés Tgb, et - réduction progressive du surplus de richesse Ar en fonction de la température des gaz brûlés Tgb acquise. 30 Plus précisément, comme le montre la figure 2, le calculateur 100 détermine si la deuxième consigne de température de liquide de refroidissement CTI2 est inférieure à la première consigne de température de liquide de refroidissement CTI1 (étape E7). Si ce n'est pas le cas (ce qui signifie que la consigne de température de liquide de refroidissement CTI ne change pas ou 3022591 9 augmente), les organes du moteur restent pilotés suivant la seconde consigne de richesse Cr2 selon l'étape E6. Au contraire, si la deuxième consigne de température de liquide de refroidissement CTI2 est inférieure à la première consigne de température de 5 liquide de refroidissement CTI1, le calculateur 100 détermine un surplus de richesse Ar en carburant à injecter dans les cylindres 11 du moteur (étape E8). Ce surplus de richesse Ar pourra être lu dans une cartographie du calculateur, ou pourra être calculé (comme cela sera décrit dans la suite de cet exposé). 10 Puis le calculateur 100 détermine si le surplus de richesse Ar en carburant déterminé à l'étape E8 est nul (étape E9). Si le surplus de richesse Ar en carburant déterminé à l'étape E8 est nul, les organes du moteur restent pilotés suivant les secondes consignes de température CTI2 et de richesse Cr2. 15 Si le surplus de richesse Ar en carburant déterminé à l'étape E8 est non nul, le calculateur 100 commande les injecteurs 54 et la vanne d'admission 24 de telle sorte que la richesse du mélange injecté soit égale à une consigne de richesse Cr équivalente à la somme de la deuxième consigne de richesse Cr2 et du surplus de richesse Ar (étape El 0). 20 La température des gaz brulés Tgb est ensuite acquise (étape El 1) par le calculateur 100. Le calculateur 100 détermine ensuite si la température des gaz brûlés Tgb est inférieure ou égale à un seuil de température Tseuil fixé (étape E12). Tant que la température des gaz brûlés Tgb reste supérieure à ce seuil 25 de température Tseuil (ce qui signifie qu'il y a un risque de surchauffe du moteur), la richesse Cr du mélange injecté reste égale à la somme de la seconde consigne de richesse Cr2 et du surplus de richesse Ar initial. En revanche, dès que la température des gaz brûlés diminue et passe sous le seuil de température Tseuil (ce qui signifie que la baisse de température 30 de liquide de refroidissement commence à avoir une influence), on cherche à limiter la consommation en carburant en réduisant la valeur du surplus de richesse Ar. Pour cela, le calculateur 100 revient à l'étape E8 et recalcule un surplus de richesse Ar. 3022591 10 Ce nouveau surplus de richesse Ar peut être choisi égal au surplus de richesse Ar initial, auquel on retranche une valeur fixe. Il peut sinon être lu dans une cartographie, en fonction de la température des gaz brûlés Tgb (et éventuellement aussi de la charge C et du régime R). 5 Il peut encore être calculé au moyen d'un régulateur proportionnel intégral et dérivé PID, dont les constantes auront été prédéterminées sur banc d'essais. Puis, le calculateur remet en oeuvre les étapes E9 à E12 jusqu'à ce que le surplus de richesse Ar soit nul (cas où le circuit de refroidissement suffit à 10 refroidir le moteur afin que sa température ne dépasse pas la valeur admissible). Dès que le conducteur agit à nouveau sur la pédale d'accélérateur, il interrompt le processus précité de manière que le moteur atteigne un nouveau point de fonctionnement (étape E13). Dans ce cas, le calculateur 100 revient à l'étape E5 du procédé. 15 Le procédé prend fin quand le moteur à combustion interne 1 est éteint. La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. Ainsi on pourrait prévoir que la consigne de température de liquide de 20 refroidissement CTI soit choisie dans un premier échantillon comportant plus de trois valeurs (par exemple comportant les valeurs 80°C, 85°C, 90°C, 95°C et 100°C). Selon une autre variante, à l'étape E7, on aurait pu prévoir que le calculateur 100 compare la nouvelle consigne de température de liquide de 25 refroidissement CTI2 non pas avec l'ancienne consigne de température de liquide de refroidissement CTI1, mais avec la température mesurée du liquide de refroidissement. REVENDICATIONS1. Procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne (1) dans lequel, - à un premier point de fonctionnement du moteur à combustion interne (1), on acquiert la valeur d'un paramètre caractéristique (R ; C) dudit point de fonctionnement, et on en déduit une première consigne de température de liquide de refroidissement (CTI1) dans le moteur à combustion interne (1) et une première consigne de richesse (Cri) ) du mélange d'air et de carburant à admettre dans le moteur à combustion interne (1), - lors d'un passage à un second point de fonctionnement différent du premier point de fonctionnement, on acquiert la valeur dudit paramètre (R ; C) et on en déduit des secondes consignes de température (CTI2) et de richesse (Cr2), caractérisé en ce que, si la seconde consigne de température (CTI2) est inférieure strictement à la première consigne de température (CTI1), il est prévu 15 des étapes de : a) détermination d'un surplus de richesse (Ar) à ajouter à la seconde consigne de richesse (Cr2), b) acquisition de la température des gaz brûlés (Tgb), et c) réduction progressive du surplus de richesse (Ar) en fonction de la 20 température des gaz brûlés (Tgb) acquise. 2. Procédé de pilotage selon la revendication 1, dans lequel, à l'étape c), la valeur du surplus de richesse (Ar) réduit est lue dans une cartographie en fonction de la température des gaz brûlés (Tgb). 3. Procédé de pilotage selon la revendication 1, dans lequel, à l'étape c), 25 la valeur du surplus de richesse (Ar) réduit est calculée à l'aide d'un régulateur en fonction de la température des gaz brûlés (Tgb). 4. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, dans lequel le régulateur est un régulateur proportionnel, intégral et dérivé (PID). 5. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, dans 30 lequel chaque consigne de température de liquide de refroidissement (CTI1 ; CTI2) est lue dans une cartographie prédéterminée. 6. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque consigne de température de liquide de refroidissement (CTI1 ; CTI2) est choisie dans un premier échantillon de valeurs distinctes. 3022591 12 7. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, dans lequel le premier échantillon comporte au plus cinq valeurs distinctes. 8. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, dans lequel le premier échantillon comporte trois valeurs distinctes, à savoir 80°C, 90°C et 5 100°C. 9. Procédé de pilotage selon l'une des trois revendications précédentes, dans lequel lorsque la température ambiante Ta est supérieure à un seuil prédéterminé, chaque consigne de température de liquide de refroidissement (CTI1 ; CTI2) est choisie dans un second échantillon de valeurs, la valeur la plus 10 basse de ce second échantillon étant supérieure à la valeur la plus basse du premier échantillon. 10. Moteur à combustion interne (1) comportant un bloc-moteur (10), une ligne d'admission (20) d'air frais dans le bloc-moteur (10) équipée d'une vanne de régulation (24) du débit d'air frais dans le bloc-moteur (10), une ligne d'échappement (30) des gaz brûlés hors du bloc-moteur (10), une ligne d'injection (50) de carburant dans le bloc-moteur (10) équipée d'au moins un injecteur (54) de carburant dans le bloc-moteur (10), un circuit de refroidissement (40) du bloc-moteur (10) équipé d'un thermostat (41), caractérisé en ce qu'il comporte un calculateur (100) adapté à mettre en oeuvre le procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes et à piloter ladite vanne de régulation (24), chaque injecteur (54), et ledit thermostat (41) selon les consignes de température de liquide de refroidissement (CTI2) et de richesse (Cr2), et compte tenu dudit surplus de richesse (Ar).25