Brevet FR3026140A1 — publié le 20160325

PROCEDE DE REGLAGE DE L'AVANCE A L'ALLUMAGE D'UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE [0001] L'invention a trait au réglage des moteurs à explosion à allumage commandé et plus précisément à la correction curative et adaptative de l'avance à l'allumage de ces moteurs. [0002] Un moteur à explosion à allumage commandé est alimenté, lors de chaque cycle (à deux ou à quatre temps), par un mélange comprenant de l'air et du carburant (mélange air/carburant). [0003] Nous étudierons, ci-après, un moteur à quatre temps, ce moteur comprenant au moins un cylindre et un piston mobile dans le cylindre. [0004] Chaque cycle comprend quatre temps, ci-après nommés phases, à savoir, une phase d'admission, une phase de compression, une phase de combustion-détente et une phase d'échappement, la phase étant initiée par l'allumage du mélange air/carburant comprimé, via une bougie d'allumage contrôlée par un calculateur moteur (ou contrôle moteur). [0005] Afin d'optimiser les performances du moteur, tant en terme de puissance qu'en terme de consommation, l'allumage est déclenché en amont d'une position extrême dite « point mort haut » (PMH) du piston dans le cylindre, à l'issue de la phase de compression. [0006] Afin de pouvoir régler l'allumage, les motoristes utilisent un paramètre appelé « avance à l'allumage » correspondant à un décalage entre l'instant d'allumage et l'instant du passage du piston en position PMH, la position PMH étant la position de référence. [0007] L'avance à l'allumage est matérialisée par un écart angulaire (ou angle de rotation) ayant pour référentiel un vilebrequin mu, via des bielles, par le mouvement des pistons du moteur. [0008] Les moteurs à allumage commandé sont soumis au cliquetis, phénomène d'auto-inflammation connu des motoristes, engendrant la combustion spontanée à contretemps d'une partie du mélange air/carburant indépendamment de l'étincelle de la bougie d'allumage. [0009] Le cliquetis peut provoquer des nuisances sonores au sein de l'habitacle, une dégradation accélérée des éléments moteur (notamment des pistons) ou encore une augmentation de la consommation de carburant. [0010] L'apparition du cliquetis est attribuable à différents facteurs, comme par exemple l'utilisation d'un carburant dégradé. [0011] Lors de l'assemblage du véhicule, les moteurs à allumage commandé sont programmés pour fonctionner avec un carburant ayant un indice d'octane ou un RON, (acronyme de l'anglais Research Octane Number) prédéfini en fonction de la zone géographique dans laquelle le véhicule est utilisé, ce réglage permettant d'éviter les cliquetis. [0012] L'indice d'octane mesure la résistance d'un carburant utilisé dans un moteur à allumage commandé à l'auto-allumage, c'est à dire allumage sans intervention de la bougie. Par exemple, un carburant un RON de 95 est un carburant dont 95% de sa composition est résistante à l'auto allumage. [0013] Le RON varie selon les pays. C'est pourquoi il est nécessaire d'adapter le fonctionnement du moteur à la qualité du carburant pour prévenir le cliquetis. Il est ainsi entendu qu'un carburant dégradé est un carburant ayant un indice d'octane plus faible, autrement dit, un carburant moins raffiné. [0014] Différentes corrections complémentaires entre elles, lors de la détection du cliquetis par capteur (par exemple capteur piézoélectrique), sont mises en place au niveau du calculateur moteur, ces corrections visant à modifier l'avance à l'allumage pour permettre de réduire et, dans le meilleur des cas, d'annuler le cliquetis. [0015] Parmi ces corrections, on trouve d'une part une correction curative visant à réduire rapidement le phénomène de cliquetis lors de son apparition. Cette correction curative consiste à appliquer un retrait de l'avance à l'allumage à chaque détection du cliquetis, puis à tendre vers une valeur initiale de l'avance à l'allumage lorsqu'il n'y a plus de cliquetis sur une durée suffisamment importante (environ égale à 10s). [0016] On trouve d'autre part une correction adaptative qui utilise tout ou partie de la correction curative afin d'effectuer une série d'opérations (et notamment une moyenne des corrections curatives) permettant d'obtenir un retrait de « l'avance à l'allumage » appliqué lors de cliquetis prolongés, généralement dus à l'emploi d'un carburant dégradé. [0017] Le calculateur contrôle le couple du moteur, par l'intermédiaire notamment de l'allumage, en répondant à la demande du conducteur (issue d'un capteur positionné sur la pédale d'accélérateur) mais dans certaines phases d'utilisation du véhicule, le calculateur ignore la demande du conducteur pour maintenir l'agrément de conduite (on parle également de fonctionnement en bouclage « structure couple ») par exemple lors d'un démarrage en côte ou lors d'un changement de vitesse. [0018] Actuellement, lorsque le calculateur fonctionne en « structure couple », le calcul de la correction adaptative est désactivé. En effet, lors de ces phases d'utilisation, « l'avance à l'allumage » subit souvent de fortes variations entraînant, à tort, la détection de cliquetis et ainsi limitant la possibilité d'adapter rapidement le couple moteur. De plus, ces phases d'utilisation en bouclage « structure couple » n'engendrent que très rarement du cliquetis à forte intensité. [0019] Or, les motoristes cherchent actuellement à développer des moteurs de plus faible cylindrée suralimentés (par l'ajout éventuel d'un turbocompresseur de suralimentation) permettant de diminuer la consommation de carburant (et donc les émissions polluantes) tout en maintenant le confort de conduite et la puissance du moteur (développement également appelé sous la désignation anglaise « downsizing »). Il résulte de ce développement qu'il y a de plus en plus de phases d'utilisations soumises au cliquetis. [0020] Un premier objectif est de proposer un procédé de réglage de l'avance à l'allumage permettant d'accroître le champ d'action d'une correction adaptative afin de couvrir un maximum de phases d'utilisation d'un véhicule automobile soumises au cliquetis. [0021] Un deuxième objectif est de proposer un calculateur destiné à la mise en oeuvre d'un procédé de réglage de l'avance à l'allumage répondant à l'objectif ci-dessus exprimé. [0022] Un troisième objectif est de proposer un véhicule automobile comprenant un calculateur répondant à l'objectif ci-dessus exprimé. [0023] A cet effet, il est proposé, en premier lieu, un procédé de réglage de l'avance à l'allumage, pilotée par un calculateur, d'un moteur à allumage commandé, comprenant un cylindre et dont le régime de fonctionnement est piloté par un accélérateur, le calculateur recevant en temps réel des données comprenant : position de l'accélérateur ; régime moteur ; température moteur ; taux de remplissage du cylindre ; ce procédé comprenant les étapes suivantes : comparaison du régime moteur à un seuil de régime moteur prédéfini ; comparaison du taux de remplissage du cylindre à un seuil primaire de taux de remplissage du cylindre prédéfini ; comparaison de la température moteur à un seuil de température moteur prédéfini ; - calcul d'une correction adaptative de l'avance à l'allumage si le régime moteur, le taux de remplissage du cylindre et la température moteur sont tous supérieurs à leurs seuils respectifs ; ce procédé comprenant une étape supplémentaire de comparaison du taux de remplissage du cylindre à un seuil secondaire de taux de remplissage du cylindre, déterminé à partir du régime moteur et d'une cartographie moteur, le calcul de la correction adaptative étant réalisé si : le calculateur contrôle l'allumage du moteur indépendamment de la position de l'accélérateur ; - le taux de remplissage du cylindre est supérieur au seuil secondaire de taux de remplissage du cylindre. [0024] Dans une mise en oeuvre, le seuil de régime moteur, les seuils primaire et secondaire de taux de remplissage du cylindre et le seuil de température moteur sont réglables. [0025] Il est proposé, en second lieu, un calculateur destiné à la mise en oeuvre du procédé de réglage de l'avance à l'allumage, ci-dessus décrit. [0026] Il est proposé, en troisième lieu, un véhicule automobile comprenant un calculateur ci-dessus décrit. [0027] D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'un mode de réalisation, faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d'un véhicule automobile comprenant un moteur à allumage commandé ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe du moteur selon un plan transversal passant par le centre d'un cylindre du moteur ; la figure 3 est un diagramme logique d'un procédé de réglage de l'avance à l'allumage. [0028] Sur la figure 1 est représenté un véhicule 1 automobile comprenant un moteur 2 à combustion interne à allumage commandé (appellation faisant référence à la combustion qui le caractérise) ou plus couramment appelé moteur 2 essence. Le moteur 2 comprend au minimum un cylindre 3 définissant une chambre 4 de combustion, tel que représenté schématiquement pour des raisons de clarté sur la figure 2, auquel est associée, dans une portion supérieure, une bougie 5 d'allumage permettant de produire l'étincelle nécessaire à la combustion d'un mélange air/carburant (et plus précisément air/essence). Le cylindre 3 est d'une part associé à une soupape 6 d'admission qui contrôle une admission du mélange air/carburant à l'intérieur de la chambre 4 de combustion, et d'autre part à une soupape 7 d'échappement qui contrôle une évacuation, hors de la chambre 4 de combustion, de gaz d'échappement issus de la combustion du mélange air/carburant. [0029] En règle générale, un moteur 2 à allumage commandé comprend entre trois et huit cylindres 3 auxquels est associée, pour chaque cylindre 3, une bougie 5 d'allumage. [0030] Le moteur 2 à allumage commandé est piloté par un calculateur 8 (également appelé contrôle moteur), ce calculateur 8 étant programmé pour répondre au mieux à la volonté du conducteur retransmise notamment via une pédale d'accélérateur (non représentée). Ainsi, le calculateur 8 reçoit diverses informations, et notamment celle issue d'un capteur positionné sur la pédale d'accélérateur, cette information lui permettant de contrôler notamment le régime de fonctionnement du moteur 2. [0031] Le moteur 2 à allumage commandé fonctionne selon un cycle de quatre temps définit dans l'ordre suivant : une admission, une compression, une combustion et une détente, et un échappement. [0032] Le travail produit par le moteur 2 à allumage commandé provient de la combustion, initiée par la bougie 5 d'allumage du mélange air/carburant compressé au sein du cylindre 3 par un piston 9 se déplaçant de façon alternative, entre une position extrême haute et une position extrême basse, par rapport au cylindre 3, respectivement appelées position Point Mort Haut (PMH) et position Point Mort Bas (PMB). Le mouvement alternatif du piston 9 permet l'entraînement en rotation d'un vilebrequin 10 par l'intermédiaire d'une bielle 11 reliant le piston 9 au vilebrequin 10, le mouvement du vilebrequin 10 étant ensuite transmis aux roues par l'intermédiaire de différents mécanismes. [0033] Lors d'un cycle moteur, l'allumage du mélange air/carburant, via la bougie 5, se produit en amont de la position PMH du piston 9 à l'issue de la phase de compression. Afin de calibrer l'allumage, les motoristes définissent un paramètre appelé « avance à l'allumage » correspondant à un écart angulaire (exprimé par exemple en degré), ayant pour référentiel le vilebrequin 10, entre l'instant de l'allumage et l'instant du passage du piston 9 en position point mort haut (PMH), la position point mort haut (PMH) du piston 9 correspondant à la position de référence. [0034] Tel qu'illustré sur la figure 2, chaque bougie 5 d'allumage est pilotée par le calculateur 8. Le calculateur 8 permet, grâce aux retours d'informations des différents capteurs, de contrôler indépendamment l'allumage de chaque cylindre 3 et par conséquent l'avance à l'allumage. Le calculateur 8 est ainsi relié avec différents capteurs qui lui fournissent en temps réel des données sur le véhicule 1 et plus particulièrement sur le moteur 2. Parmi ces données, on trouve notamment : - le Régime Moteur RM : il correspond au nombre de rotation effectué par le moteur 2, et plus précisément par le vilebrequin 10, par unité de temps. Il est exprimé généralement en tour/minute et est mesuré par un capteur de vitesse de rotation ; le Taux de Remplissage du Cylindre TRC : il correspond au rapport entre la quantité de mélange air/carburant admis (mesurée notamment par un capteur de pression) et la quantité théoriquement admissible. Il est généralement exprimé sous la forme d'un pourcentage ; la Température Moteur TM : elle correspond à la température du liquide refroidissement au niveau du cylindre 3. Elle est mesurée généralement par une sonde de température ; - la position de l'accélérateur : elle correspond au niveau d'enfoncement de la pédale d'accélérateur, cet enfoncement étant généralement mesuré par un capteur de position sur la pédale d'accélérateur ; la présence et l'intensité du cliquetis : ces informations sont généralement obtenues par l'intermédiaire par exemple d'un capteur 12 piézoélectrique positionné sur les cylindres tel que représenté sur la figure 2. [0035] Le calculateur 8 contrôle l'allumage du moteur 2 en fonction des données d'entrée suivant deux modes de fonctionnement : mode de fonctionnement subordonné, c'est-à-dire en prenant en compte la volonté du conducteur retransmise au calculateur 8 via le capteur de position de la pédale d'accélérateur, mode de fonctionnement autonome (on parle également de mode de fonctionnement en structure couple), c'est-à-dire en ignorant la volonté du conducteur retransmise au calculateur 8 via le capteur de position de la pédale d'accélérateur. [0036] Le calculateur 8 fonctionne de façon autonome notamment sur des courtes périodes en présence de fortes variations du couple moteur (par exemple un démarrage en côte ou un changement de vitesse) afin notamment de lisser le couple moteur et éviter des à-coups néfastes pour le confort de conduite. [0037] Les moteurs 2 à allumage commandé sont soumis au cliquetis, phénomène d'auto-inflammation connu des motoristes, engendrant la combustion à contretemps d'une partie du mélange air/carburant indépendamment de l'étincelle de la bougie 5 d'allumage et provoquant notamment des nuisances sonores au sein de l'habitacle, une dégradation accélérée des éléments du moteur (notamment des pistons 9) ou encore une augmentation de la consommation de carburant. [0038] Le calculateur 8 comprend ainsi différentes corrections complémentaires, susceptibles d'être appliquées, lors de la détection par capteur 12 du cliquetis, celles-ci permettant de réduire l'avance à allumage pour permettre d'atténuer, et dans le meilleur des cas de stopper le cliquetis. [0039] Le cliquetis peut être présent soit de façon ponctuelle soit de façon continue suivant les facteurs. [0040] Lors d'une apparition ponctuelle de cliquetis, le calculateur 8 met en place une correction 13 dite curative visant à stopper rapidement le phénomène de cliquetis lors de son apparition. Cette correction 13 curative consiste à appliquer une rectification curative correspondant à l'application d'un retrait forfaitaire (valeur prédéfinie lors de la programmation, par exemple égale à 7°) sur une valeur initiale d'avance à l'allumage à chaque détection du cliquetis puis à retourner sur la valeur initiale de l'avance à allumage lorsqu'il n'y a plus de cliquetis sur une durée suffisamment importante (par exemple égale à 10s). [0041] Lors d'une apparition continue de cliquetis, le calculateur 8 applique une correction 14 dite adaptative qui récupère tout ou partie de la correction 13 curative afin d'effectuer une série d'opérations (et notamment une moyenne des corrections 13 curatives) permettant d'obtenir une rectification adaptative correspondant à l'application d'un retrait calculé (valeur calculée selon un modèle prédéfini) sur une valeur initiale d'avance à l'allumage. [0042] La correction 14 adaptative est ainsi mise en place notamment lorsque l'apparition du cliquetis provient de l'emploi d'un carburant dégradé, c'est-à-dire un carburant ayant un RON plus faible que le carburant conseillé par le motoriste, étant donné que dans ce cas-ci il est nécessaire d'adapter l'allumage du moteur 2 sur une période représentant au minimum la consommation du carburant dégradé présent au sein du réservoir. C'est notamment le cas dans les pays où l'accès au carburant de qualité est limité, l'utilisateur étant ainsi contraint d'utiliser un carburant dégradé. [0043] Tel que représenté sur la figure 3, un procédé de réglage de l'avance à l'allumage permettant, sous certaines conditions, le Calcul de la Correction Adaptative CCA est mis en place par le calculateur, ce procédé étant représenté, pour des raisons de clarté, sous la forme d'un diagramme logique (symbolisation d'après la certification AFNOR correspondant à l'Association Française de NORmalisation). Ainsi, le fait de calculer ou non la correction adaptive CCA, pour atténuer ou stopper le cliquetis, tel que l'on peut le voir sur le diagramme, est le résultat d'une équation 15 associée à un opérateur logique ET à quatre variables d'entrée B1 à B4 : B1 est un résultat booléen d'une comparaison 16 entre le régime moteur RM et un Seuil de Régime Moteur SRM prédéfini, cette comparaison 16 étant définie de la manière suivante : - Si RIVIkSRM alors B1=1 - Si RM REVENDICATIONS1. Procédé de réglage de l'avance à l'allumage, pilotée par un calculateur (8), d'un moteur (2) à allumage commandé, comprenant un 5 cylindre (3) et dont le régime de fonctionnement est piloté par un accélérateur, le calculateur (8) recevant en temps réel des données comprenant : position de l'accélérateur ; régime moteur RM ; 10 - température moteur TM ; taux de remplissage du cylindre TRC ; ce procédé comprenant les étapes suivantes : comparaison (16) du régime moteur RM à un seuil de régime moteur SRM prédéfini ; 15 - comparaison (17) du taux de remplissage du cylindre TRC à un seuil primaire de taux de remplissage du cylindre SPTRC prédéfini ; comparaison (18) de la température moteur TM à un seuil de température moteur STM prédéfini ; 20 - calcul d'une correction adaptative CCA de l'avance à l'allumage si le régime moteur RM, le taux de remplissage du cylindre TRC et la température moteur TM sont tous supérieurs à leurs seuils respectifs ; ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend une étape 25 supplémentaire de comparaison (20) du taux de remplissage du cylindre TRC à un seuil secondaire de taux de remplissage du cylindre SSTRC, déterminé à partir du régime moteur RM et d'une cartographie (21) moteur, et en ce que le calcul de la correction adaptative CCA est réalisé si : 30 le calculateur (8) contrôle l'allumage du moteur (2) indépendamment de la position de l'accélérateur ; le taux de remplissage du cylindre TRC est supérieur au seuil secondaire de taux de remplissage du cylindre SSTRC. 35 2. Procédé de réglage de l'avance à l'allumage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le seuil de régime moteur SRM,les seuils primaire et secondaire de taux de remplissage du cylindre SPTRC, SSTRC et le seuil de température moteur STM sont réglables. 3. Calculateur (8) destiné à la mise en oeuvre du procédé de 5 réglage de l'avance à l'allumage selon l'une des revendications précédentes. 4. Véhicule (1) automobile comprenant un calculateur (8) selon la revendication 3. 10