Brevet FR3048264A1 — publié le 20170901

PROCEDE DE GESTION PREVENTIVE DE COMBUSTIONS ANORMALES DANS UN MOTEUR THERMIQUE [0001] La présente invention porte sur un procédé de gestion préventive de combustions anormales dans un moteur thermique. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des véhicules automobiles équipés d'un moteur thermique de type essence. [0002] Les normes antipollution et le souhait de limiter au maximum la consommation des moteurs thermique amènent les constructeurs automobiles à produire des moteurs thermiques à faible cylindrée avec un nombre de cylindres en diminution (tendance dite de "downsizing" en anglais). Aussi, pour conserver un niveau de performance équivalent à celui d'un moteur à plus forte cylindrée, le moteur doit fonctionner sur des points de fonctionnement à fort taux de remplissage en air dans les cylindres. [0003] Cela est favorable à l'apparition de combustions anormales pour lesquelles le mélange air/carburant s'enflamme à un endroit différent de celui initié par la bougie d'allumage commandée. Le mélange peut s'enflammer avant l'étincelle à la bougie (on parle alors de "rumble" en anglais) ou après l'étincelle à la bougie (on parle alors de "rumble" tardif). En outre, ce type de combustion anormale a la faculté de s'autoentretenir, c'est-à-dire qu'en cas d'apparition de "rumble" sur un cylindre au cours d'un cycle moteur, le cycle suivant risque aussi de voir le même phénomène. [0004] Le "rumble" génère des vibrations appelées "coups" de rumble dans la suite de la description associés à un bruit sourd dans la chambre de combustion constituant un désagrément pour le conducteur, avec un risque élevé de casse moteur. Ces vibrations présentent une fréquence comprise entre 600 Hz et 1200 Hz. Ces vibrations sont transmises de la chambre de combustion jusqu'aux bielles et au vilebrequin (contrairement au cliquetis dont la vibration comprise en 5000 Hz et 15000 Hz ne se ressent que dans la chambre de combustion). Le rumble est causé par une augmentation de pression dans la chambre de combustion, ainsi qu'un allumage trop anticipé ou de multiples points chauds dans la chambre de combustion. [0005] Un procédé visant à faire disparaitre le phénomène de "rumble" consiste à détecter les combustions anormales via un accéléromètre placé sur le bloc moteur, puis à couper l'injection sur les cylindres concernés par le phénomène. Dans le cas où les 3048264 2 combustions anormales persistent, le procédé applique une limitation de charge sur l'ensemble du champ moteur. [0006] Toutefois, un tel procédé n'est efficace qu'en tant que traitement curatif. La protection du moteur n'est donc pas optimale dans la mesure où le procédé n'anticipe pas 5 l'apparition du "rumble". Avant l'intervention du traitement curatif, le moteur subit des coups de "rumble", et donc un endommagement. En outre, le principal défaut de ce traitement curatif est que la coupure d'injection engendre un bruit audible par le conducteur souvent combiné à un à-coup (sensation de décélération) à des niveaux tels que le conducteur interprète cela comme une défaillance de son véhicule. 10 [0007] L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un procédé de contrôle de combustion d'un moteur thermique pour le protéger d'un phénomène de combustions anormales générant des vibrations dans un cylindre appelées "coups", les vibrations ayant une fréquence comprise entre 600 Hz et 1200 Hz, caractérisé en ce que le procédé comporte une étape de calcul d'une limitation de charge du moteur 15 thermique en fonction d'un niveau d'encrassement d'une chambre de combustion et une étape d'application de la limitation de charge au moteur thermique. [0008] L'invention permet ainsi de mettre en oeuvre un procédé préventif de protection contre les combustions anormales dues à l'encrassement de la chambre de combustion du moteur thermique. Contrairement aux procédés curatifs existants, l'invention vise à 20 éviter que les combustions anormales apparaissent. En outre, l'invention présente l'avantage d'être peu onéreuse, étant donné qu'elle peut être intégrée par développement logiciel dans le calculateur moteur sans ajout de composant supplémentaire. [0009] Selon une mise en oeuvre, l'étape de calcul de la limitation de charge comporte: - une étape de détermination d'un point de fonctionnement courant du moteur thermique, 25 - une étape de calcul qualitatif d'encrassement de la chambre de combustion du moteur thermique en fonction du point de fonctionnement, - une étape de calcul d'une quantité d'huile apportée dans un cylindre du moteur thermique en fonction du point de fonctionnement, - une étape de calcul d'un encrassement final de la chambre de combustion en fonction de 30 résultats fournis par les précédents calculs, et - une étape de calcul de la limitation de charge en fonction de l'encrassement final. 3048264 3 [0010] Selon une mise en oeuvre, le point de fonctionnement du moteur thermique est défini par un régime moteur, une pression collecteur, une charge moteur, et une température de liquide de refroidissement. [0011] Selon une mise en oeuvre, l'étape de calcul qualitatif d'encrassement est basée 5 sur un compteur, dit compteur d'encrassement de base, s'incrémentant en fonction d'une première cartographie d'incrément pour une température d'huile froide indexée en régime moteur et en pression collecteur, d'une deuxième cartographie d'incrément relative à une température d'huile chaude indexées en régime moteur et en pression collecteur, et d'un barycentre relatif à une température de liquide de refroidissement. 10 [0012] Selon une mise en oeuvre, l'étape de calcul de quantité d'huile est basée sur un compteur s'incrémentant en fonction d'une cartographie d'incrément d'apport d'huile indexées en régime moteur et en pression collecteur, et d'une cartographie transformant une valeur issue du compteur en un facteur de pondération pour le calcul de l'encrassement final. 15 [0013] Selon une mise en oeuvre, l'étape de calcul de l'encrassement final est réalisée en multipliant une valeur issue du compteur d'encrassement de base avec le facteur de pondération issu du calcul de quantité d'huile apportée dans le cylindre. [0014] Selon une mise en oeuvre, une valeur obtenue suite à l'étape de calcul d'encrassement final alimente un compteur, dit compteur d'encrassement final, 20 s'incrémentant ou se décrémentant en fonction du point de fonctionnement du moteur thermique. [0015] Selon une mise en oeuvre, la valeur issue du compteur est stockée dans une mémoire de manière à assurer une continuité de calcul de l'encrassement final entre chaque démarrage du moteur thermique. 25 [0016] Selon une mise en oeuvre, la limitation de charge est calculée par l'intermédiaire d'une cartographie indexée par la valeur du compteur d'encrassement final et le régime moteur. [0017] L'invention a également pour objet un calculateur moteur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de 30 contrôle tel que précédemment défini. 3048264 4 [0018] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0019] La figure 1 est une représentation schématique fonctionnelle d'un système selon 5 la présente invention mettant en oeuvre différents types d'actions pour remédier aux combustions anormales de type "rumble"; [0020] La figure 2 est une représentation schématique des étapes du procédé selon la présente invention permettant de protéger le moteur du "rumble" en cas d'encrassement de la chambre de combustion. 10 [0021] La figure 1 illustre de façon fonctionnelle un système 10 mettant en oeuvre un procédé de contrôle de combustion de moteur thermique permettant de traiter un phénomène dit de "rumble" où le mélange air/carburant s'enflamme à un endroit différent de celui initié par la bougie d'allumage commandée. Le mélange peut s'enflammer avant l'étincelle à la bougie ou après l'étincelle à la bougie (on parle alors de "rumble" tardif). 15 [0022] Le "rumble" génère des vibrations, appelées coups de "rumble" 101 dans la suite de la description, associés à un bruit sourd dans la chambre de combustion constituant un désagrément pour le conducteur, avec un risque élevé de casse moteur. Ces vibrations présentent une fréquence comprise entre 600 et 1200 Hz. Ces vibrations sont transmises de la chambre de combustion jusqu'aux bielles et au vilebrequin (contrairement au 20 cliquetis dont la vibration comprise en 5000Hz et 15000Hz ne se ressent que dans la chambre de combustion). [0023] Le phénomène de "rumble" apparait généralement dans une zone de régime moteur comprise entre 1000 et 3000 tours/min et à fort remplissage en air, par exemple suite à l'actionnement d'un turbocompresseur. 25 [0024] Les coups de "rumble" 101 sont détectés au moyen d'un capteur 100 monté sur le bloc moteur. Ce capteur 100 est également utilisé pour détecter le cliquetis du moteur. [0025] Parmi des actions susceptibles d'être mise en oeuvre, on distingue une action 104 de type préventive consistant à éviter l'apparition du" rumble" et des actions 102, 103 de type curatives visant à traiter le "rumble" suite à son apparition. 3048264 5 [0026] L'action préventive 104 consiste notamment à limiter la charge du moteur Lim ChE en fonction d'un niveau d'encrassement de la chambre de combustion. [0027] Parmi les actions de type curatives 102, 103, on distingue un ensemble d'actions curatives 102, dites immédiates, et un ensemble d'actions curatives 103 réalisées sur un 5 cycle de conduite ("driving-cycle" en anglais) correspondant à une série d'un ou plusieurs roulages successifs sans réinitialisation d'un calculateur moteur. Pour les actions curatives immédiates 102, les échelles de temps, notamment la durée de surveillance avant activation de l'action curative 102, sont très courtes, de l'ordre de quelques Point Mort Haut (ou PMH) voire quelques secondes. Pour les actions curatives 103 réalisées sur un 10 cycle de conduite, les échelles de temps, notamment la durée de surveillance avant activation de l'action curative 103, sont plus longues que pour les actions curatives immédiates 102, de l'ordre de plusieurs minutes. [0028] Les actions curatives 102, 103 pourront consister en une limitation de charge permettant de ramener le moteur thermique à un point de fonctionnement en remplissage 15 défavorable au "rumble" (de quelques points de remplissage à la pleine charge atmosphérique). Le ressenti pour le conducteur varie alors d'un ressenti quasi-nul à une perte de performance notable. Dans le cas des actions curatives 103 réalisées sur un cycle de conduite, la limitation de charge Lim ChR est appliquée de manière temporaire lorsque les causes du "rumble" sont réversibles, par exemple en cas d'encrassement de la 20 chambre de combustion, ou alors de manière permanente Lim Chl lorsque les causes du "rumble" sont irréversibles, par exemple lors de la casse de pièce moteur. Dans le cas des actions curatives immédiates 102, on configure une limitation de charge courante Lim_ChC ayant un effet rapide avec un niveau de limitation situé au juste nécessaire pour faire disparaître le "rumble". A cet effet, la baisse de charge Lim_ChC est déterminée à 25 partir de l'utilisation de courbe d'iso-probabilité d'apparition du "rumble". [0029] L'activation d'un enrichissement spécifique en carburant R_Spe permet de refroidir le mélange air/carburant. En effet, suivant une nouvelle consigne d'enrichissement, on ajoute du carburant dans le mélange air/carburant de manière à refroidir ce mélange. Cela a pour effet d'améliorer les conditions thermiques dans la 30 chambre de combustion pour diminuer les risques d'apparition du "rumble". Cette action R Spe, rapide à mettre en oeuvre, ne présente aucun ressenti pour le conducteur, excepté une augmentation très faible de sa consommation en carburant. 3048264 6 [0030] La modification de schémas d'injection R lnj associés à des réglages d'avances spécifiques permet d'injecter suffisamment de carburant dans le cylindre pour permettre un mélange avec l'air sans toutefois risquer de provoquer une auto-inflammation. Ainsi, on injecte une partie d'une quantité de carburant à injecter au cours d'un cycle moteur lors 5 d'une phase d'admission et la partie restante de la quantité de carburant lors d'une phase de combustion. Cette action R lnj ne présente aucun impact pour le conducteur. [0031] La coupure d'injection C lnj permet de couper l'arrivée de carburant à l'intérieur de la chambre de combustion d'un cylindre dans lequel apparaît le "rumble". La combustion ne se fait donc plus et le "rumble" cesse. Cette action C lnj a pour 10 conséquence de provoquer une sensation d'à-coup pour le conducteur et est donc généralement mise en oeuvre en dernier recours. [0032] Un procédé 106 permet de limiter la charge du moteur en fonction d'un rendement d'avance à l'allumage maximale ou d'une variation d'avance à l'allumage maximale, référencé dans les deux cas Lim Low, minimisant le risque d'apparition de 15 cliquetis et du phénomène de "rumble" tout en tenant compte d'un indice d'octane du carburant. Le procédé 106 permet également de réalisé une limitation du cliquetis Lim Cli. [0033] On détaille ci-après la mise en oeuvre de l'action préventive 104 visant à protéger de façon préventive le moteur du phénomène de "rumble" apparaissant à cause d'un encrassement de la chambre de combustion. 20 [0034] L'encrassement de la chambre de combustion est un phénomène conduisant à augmenter considérablement les risques d'apparition du "rumble". Par exemple, lors de remontées d'huile dans la chambre de combustion, l'huile se dépose au niveau d'un segment d'un piston, et lorsque le piston remonte vers son point mort haut, le film d'huile se rompt et des gouttelettes sont projetées. Ces gouttelettes contiennent des composés 25 réactifs qui, en fonction de températures et de pressions, se vaporisent et s'auto- enflamment, ce qui conduit au phénomène de "rumble". Le rôle du procédé préventif est alors de limiter la charge du moteur thermique Lim ChE en fonction d'un taux d'encrassement de la chambre de combustion de manière à éviter un risque d'apparition du "rumble". 30 [0035] A cet effet, comme cela est représenté sur la figure 2, un module 12 reçoit en entrée des informations lnf F liées au point de fonctionnement courant du moteur thermique, telles qu'un régime moteur, une pression de collecteur, une charge moteur et 3048264 7 une température d'eau. Le module 13 calcule ensuite un encrassement final Cal_EnF de la chambre de combustion en trois étapes. Dans une première étape, un calcul qualitatif de l'encrassement, dit de base Cal EnB, est réalisé par le module 14 en fonction d'un point de fonctionnement. Plus précisément, le calcul qualitatif de l'encrassement de base 5 Cal_EnB est basé sur un compteur étant une représentation de l'encrassement de base. Ce compteur s'incrémente en fonction des informations du point de fonctionnement. Ce calcul est basé sur l'utilisation d'une cartographie d'incrément, pour une température d'huile froide, indexée en régime moteur et en pression collecteur, d'une cartographie d'incrément, pour une température d'huile chaude, indexée en régime moteur et en 10 pression collecteur, et d'un barycentre dont le centre est la valeur de la température d'eau. Le résultat de calcul est la valeur du compteur d'encrassement de base issue du barycentre. [0036] Dans une deuxième étape, un calcul de quantité d'huile Cal Qh apportée dans le cylindre est réalisé par le module 15 en fonction du point de fonctionnement courant du 15 moteur thermique. Plus précisément, le calcul de la quantité d'huile Cal Qh apportée dans le cylindre est basé sur un compteur représentant la quantité d'huile Cal Qh apportée dans le cylindre. Ce compteur s'incrémente ou se décrémente en fonction des informations du point de fonctionnement. Ce calcul est basé sur l'utilisation d'une cartographie d'incrément/décrément d'apport d'huile, indexée en régime moteur et en 20 pression de collecteur, et d'une cartographie transformant la valeur issue du compteur en un facteur de pondération pour le calcul d'encrassement final Cal EnF. La valeur issue du compteur est sauvegardée dans une mémoire, par exemple de type EEPROM, de manière à assurer la continuité du calcul d'un taux d'encrassement entre chaque démarrage du moteur thermique. 25 [0037] Dans une troisième étape, un calcul de l'encrassement final Cal_EnF de la chambre de combustion est réalisé par le module 13 en fonction des deux calculs précédents Cal_EnB et Cal Qh. Plus précisément, le calcul de l'encrassement final Cal_EnF est réalisé par multiplication de la valeur issue du compteur d'encrassement de base avec le facteur de pondération issu du calcul de quantité d'huile Cal Qh apportée 30 dans le cylindre. La valeur issue de cette multiplication alimente un compteur qui s'incrémente ou se décrémente en fonction du point de fonctionnement. La valeur issue du compteur de l'encrassement final est sauvegardée dans une mémoire, par exemple de type EEPROM, de manière à assurer la continuité du calcul du taux d'encrassement entre 3048264 8 chaque démarrage du moteur. Finalement, le module 16 limite la charge du moteur thermique Lim_ChE en fonction de l'encrassement final précédemment calculé. [0038] Pour appliquer la limitation de charge Lim_ChE au moteur thermique, une charge maximum admissible est calculée par une cartographie indexée par la valeur du compteur 5 de l'encrassement final et du régime moteur. Cette charge maximum admissible sature la consigne de charge du moteur thermique, et permet ainsi de ne pas rentrer en condition de "rumble". REVENDICATIONS: 1. Procédé de contrôle de combustion d'un moteur thermique pour le protéger d'un phénomène de combustions anormales générant des vibrations dans un cylindre appelées "coups" (101), lesdites vibrations ayant une fréquence comprise entre 600 Hz et 1200 Hz, caractérisé en ce que ledit procédé comporte une étape de calcul d'une limitation de charge (Lim_ChE) dudit moteur thermique en fonction d'un niveau d'encrassement d'une chambre de combustion et une étape d'application de ladite limitation de charge (Lim_ChE) au moteur thermique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de calcul de la limitation de charge comporte: - une étape de détermination d'un point de fonctionnement courant dudit moteur thermique, - une étape de calcul qualitatif d'encrassement de la chambre de combustion (Cal EnB) dudit moteur thermique en fonction dudit point de fonctionnement, - une étape de calcul d'une quantité d'huile (Cal Qh) apportée dans un cylindre dudit moteur thermique en fonction dudit point de fonctionnement, - une étape de calcul d'un encrassement final (Cal EnF) de ladite chambre de combustion en fonction de résultats fournis par les précédents calculs, et - une étape de calcul de la limitation de charge (Lim_ChE) en fonction dudit encrassement final. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit point de fonctionnement dudit moteur thermique est défini par un régime moteur, une pression collecteur, une charge moteur, et une température de liquide de refroidissement. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite étape de calcul qualitatif d'encrassement (Cal EnB) est basée sur un compteur, dit compteur d'encrassement de base, s'incrémentant en fonction d'une première cartographie d'incrément pour une température d'huile froide indexée en régime moteur et en pression collecteur, d'une deuxième cartographie d'incrément relative à une température d'huile chaude indexées en régime moteur et en pression collecteur, et d'un barycentre relatif à une température de liquide de refroidissement. 3048264 10 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite étape de calcul de quantité d'huile (Cal Qh) est basée sur un compteur s'incrémentant en fonction d'une cartographie d'incrément d'apport d'huile indexées en régime moteur et en pression collecteur, et une cartographie transformant une valeur 5 issue dudit compteur en un facteur de pondération pour le calcul de l'encrassement final. 6. Procédé selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'étape de calcul de l'encrassement final (Cal EnF) est réalisée en multipliant une valeur issue du compteur d'encrassement de base avec le facteur de pondération issu du calcul de 10 quantité d'huile (Cal Qh) apportée dans le cylindre. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une valeur obtenue suite à ladite étape de calcul d'encrassement final (Cal EnF) alimente un compteur, dit compteur d'encrassement final, s'incrémentant ou se décrémentant en fonction du point de fonctionnement dudit moteur thermique. 15 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la valeur issue du compteur est stockée dans une mémoire de manière à assurer une continuité de calcul de l'encrassement final (Cal EnF) entre chaque démarrage du moteur thermique. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que ladite limitation de charge (Lim ChE) est calculée par l'intermédiaire d'une cartographie indexée par la 20 valeur du compteur d'encrassement final et le régime moteur. 10. Calculateur moteur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle moteur tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.