Brevet FR3048261A1 — publié le 20170901

PROCEDE DE CONTROLE DE COMBUSTION D'UN MOTEUR THERMIQUE [0001] La présente invention porte sur un procédé de contrôle de combustion d'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). De plus, ce type de combustion anormale a la faculté de s'auto-entretenir, 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 de détection permet de signaler au contrôle moteur la présence de "rumble" via un accéléromètre placé sur le bloc moteur. Si le coup de "rumble" est avéré, des actions curatives sont activées pour atténuer le phénomène à court et moyen termes, tels que la coupure d'injection sur le cylindre avec présence de "rumble" et la limitation de 3048261 2 charge sur l'ensemble du champ moteur en cas de succession de coupures d'injection. L'avantage majeur de ces actions correctives est leur efficacité car la coupure d'injection du cylindre durant un ou plusieurs cycles permet de faire disparaître le phénomène de "rumble" instantanément. Toutefois, ces actions curatives présentent l'inconvénient 5 d'engendrer un bruit audible souvent combiné à un à-coup (sensation de décélération) à des niveaux tels que le conducteur interprète cela comme une défaillance de son véhicule. [0006] L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un procédé de contrôle de combustion d'un moteur thermique, caractérisé en ce que le procédé comporte: 10 - une étape de détection de combustions anormales générant des vibrations dans un cylindre appelées "coups", les vibrations ayant une fréquence comprise entre 600 Hz et 1200 Hz, - une étape de décompte des coups, et - une étape de déclenchement d'au moins une action, dite curative, parmi une pluralité 15 d'actions curatives disponibles, l'action curative étant déclenchée lorsqu'un nombre de coups détecté dépasse un seuil d'activation associé à l'action curative. [0007] L'invention permet ainsi d'améliorer la protection du moteur vis-à-vis d'une combustion anormale du moteur thermique en limitant au maximum le ressenti pour le conducteur (à-coups, surconsommation, limitation trop importante de la performance, etc.). 20 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. [0008] Selon une mise en oeuvre, l'étape de détection est réalisée au moyen d'un accéléromètre fixé sur le moteur thermique. 25 [0009] Selon une mise en oeuvre, les seuils d'activation présentent des valeurs différentes les unes par rapport aux autres de façon à définir un niveau de priorité d'activation de chaque action curative. La détermination des seuils permet ainsi d'arbitrer l'ordonnancement des différentes actions curatives. [0010] Selon une mise en oeuvre, suite à leur déclenchement, certaines actions curatives 30 sont mises en oeuvre pendant une durée prédéterminée, les compteurs associés étant alors remis à zéro suite à l'expiration de la durée d'activation. 3048261 3 [0011] Selon une mise en oeuvre, l'étape de décompte des coups est mise en oeuvre par incrémentation de compteurs associés chacun à une action curative. [0012] Selon une mise en oeuvre, les compteurs s'incrémentent lors d'une détection de coups et se décrémentent lors d'une absence détection de coups. 5 [0013] Selon une mise en oeuvre, les vitesses d'incrémentation et de décrémentation des compteurs sont différentes. [0014] Selon une mise en oeuvre, certaines actions curatives sont associées chacune à un premier seuil d'activation, dit seuil haut, et un deuxième seuil d'activation, dit seuil bas, inférieur au seuil haut, chaque action étant déclenchée lorsque le compteur associé 10 dépasse le seuil haut et étant mise en oeuvre tant que le compteur associé est supérieur au seuil bas. [0015] Selon une mise en oeuvre, les actions curatives disponibles sont choisies parmi les actions suivantes: enrichissement d'un mélange air/carburant, baisse de charge courante, changement de réglage d'injection, coupure d'injection, limitation de charge de 15 manière temporaire, et limitation de charge de manière permanente. [0016] L'invention a également pour objet un calculateur moteur comportant une mémoire stockant des instructions logicielle pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle. [0017] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à 20 l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0018] La figure 1 est une représentation schématique fonctionnelle d'un système selon la présente invention mettant en oeuvre différents types d'actions pour remédier aux combustions anormales de type "rumble"; 25 [0019] La figure 2 est une représentation schématique illustrant les différents seuils mis en oeuvre par le procédé de contrôle selon la présente invention pour le déclenchement d'une action curative associée; [0020] La figure 3 représente des diagrammes temporels illustrant le fonctionnement des compteurs selon la présente invention lors de l'apparition de coups de "rumble" provoqués 30 par des combustions anormales. 3048261 4 [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 5 l'étincelle à la bougie ou après l'étincelle à la bougie (on parle alors de "rumble" tardif). [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 10 de la chambre de combustion jusqu'aux bielles et au vilebrequin (contrairement au 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 15 suite à l'actionnement d'un turbocompresseur. [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 20 type curatives visant à traiter le "rumble" suite à son apparition. [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 25 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 30 cycle de conduite, les échelles de temps, notamment la durée de surveillance avant 3048261 5 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 5 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 10 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 15 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 20 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. [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 25 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 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 30 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 conséquence de provoquer une sensation d'à-coup pour le conducteur et est donc généralement mise en oeuvre en dernier recours. 3048261 6 [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 cliquetis et du phénomène de "rumble" tout en tenant compte d'un indice d'octane du 5 carburant. Le procédé 106 permet également de réalisé une limitation du cliquetis Lim Cli. [0033] Comme cela est illustré sur la figure 2, pour activer les actions curatives 102 et 103, le procédé de contrôle surveille et détecte les coups de "rumble" 101 via un accéléromètre placé sur le bloc moteur. Ces coups 101 sont décomptés par incrémentation de compteurs 15 associés chacun à une action curative 102, 103, et 10 lorsqu'un compteur 15 dépasse un seuil d'activation Sa calibrable, l'action curative correspondante est déclenchée. [0034] Le procédé de contrôle réalise de préférence un arbitrage dans l'ordre d'appel des différentes actions curatives 102, 103. En effet, les seuils d'activation A, B, C, D, E et F associés chacun à une action curative 102, 103 ont des valeurs différentes les uns par 15 rapport aux autres, de manière à définir un niveau de priorité d'activation de chaque action 102, 103. [0035] On décrit ci-après, en référence à la figure 3, l'activation de trois actions curatives différentes R Spe, C lnj, et Lim_ChR suite à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Ces actions R Spe, C lnj, Lim_ChR sont mises en oeuvre en fonction de 20 l'évolution des compteurs 15 par rapport aux différents seuils d'activation Sa. En l'occurrence, ces compteurs 15 s'incrémentent lors d'une détection de coups de "rumble" 101 et se décrémentent lors d'une absence détection de coups de "rumble" 101. [0036] Suivant les chronogrammes de la figure 3, l'enrichissement spécifique en carburant R_Spe est activé après que le compteur associé 15 ait dépassé le seuil 25 d'activation A, égal dans l'exemple de mise en oeuvre à trois coups de "rumble" 101, tandis que la coupure d'injection C lnj est activée après que le compteur associé 15 ait dépassé le seuil d'activation D, égal dans l'exemple de mise en oeuvre à cinq coups de "rumble" 101. [0037] Pour ces actions R_Spe et C lnj faisant partie de l'ensemble des actions 30 curatives immédiates 102, lorsque le compteur 15 dépasse le seuil d'activation correspondant A, D, l'action R Spe, C lnj est déclenchée pendant une durée 3048261 7 prédéterminée. Le compteur 15 est alors remis à zéro au début, comme c'est le cas dans l'exemple représenté, ou à la fin de la période d'activation de l'action curative. [0038] Par ailleurs, la limitation de charge de manière temporaire Lim_ChR pourra être activée après que le compteur associé 15 ait dépassé un premier seuil d'activation, dit 5 seuil haut Sa H, égal dans l'exemple de mise en oeuvre à quatre coups de "rumble" avec Sa_H égal à E. Pour cette action faisant partie de l'ensemble des actions curatives 103 réalisées sur un cycle de conduite, l'action Lim_ChR est déclenchée tant que le compteur 15 est supérieur à un deuxième seuil, dit seuil bas Sa_B. Dans l'exemple de mise en oeuvre le seuil bas Sa_B est égal à E'. Autrement dit, on arrête la mise en oeuvre de 10 l'action Lim ChR, lorsque, suite à l'absence de détection d'un phénomène de "rumble" pendant une période donnée, le compteur se sera décrémenté de façon à passer en dessous du deuxième seuil E'. [0039] De manière à obtenir une différence de dynamique des compteurs 15 pour chacune des actions curatives 102, 103, les vitesses d'incrémentation et de 15 décrémentation des compteurs 15 pourront être différentes les unes par rapport aux autres. [0040] L'invention porte également sur le calculateur moteur comportant une mémoire stockant des instructions logicielle pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle tel que précédemment défini. 20 REVENDICATIONS: 1. Procédé de contrôle de combustion d'un moteur thermique, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de détection de combustions anormales générant des vibrations dans un cylindre appelées "coups" (101), lesdites vibrations ayant une fréquence comprise entre 600 Hz et 1200 Hz, - une étape de décompte desdits coups, et - une étape de déclenchement d'au moins une action (102, 103), dite curative, parmi une pluralité d'actions curatives disponibles, ladite action curative (102, 103) étant déclenchée lorsqu'un nombre de coups (101) détecté dépasse un seuil d'activation (Sa) associé à ladite action curative (102, 103). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de détection est réalisée au moyen d'un accéléromètre fixé sur ledit moteur thermique. 3. Procédé de contrôle selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits seuils d'activation (Sa) présentent des valeurs différentes les unes par rapport aux autres de façon à définir un niveau de priorité d'activation de chaque action curative (102, 103). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, suite à leur déclenchement, certaines actions curatives (102, 103) sont mises en oeuvre pendant une durée prédéterminée. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite étape de décompte desdits coups (101) est mise en oeuvre par incrémentation de compteurs (15) associés chacun à une action curative (102, 103). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits compteurs (15) s'incrémentent lors d'une détection de coups (101) et se décrémentent lors d'une absence détection de coups (101). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les vitesses d'incrémentation et de décrémentation desdits compteurs (15) sont différentes. 3048261 9 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que certaines actions curatives (102, 103) sont associées chacune à un premier seuil d'activation, dit seuil haut (Sa H), et un deuxième seuil d'activation, dit seuil bas (Sa B), inférieur au seuil haut (Sa H), chaque action (102, 103) étant déclenchée 5 lorsque le compteur (15) associé dépasse le seuil haut (Sa H) et étant mise en oeuvre tant que le compteur (15) associé est supérieur au seuil bas (Sa B). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdites actions curatives (102, 103) disponibles sont choisies parmi les actions suivantes: enrichissement d'un mélange air/carburant (R Spe), baisse de charge 10 courante (Lim ChC), changement de réglage d'injection (R Inj), coupure d'injection (C Inj), limitation de charge de manière temporaire (Lim ChR), et limitation de charge de manière permanente (Lim Chi). 10. Calculateur moteur comportant une mémoire stockant des instructions logicielle pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle tel que défini selon l'une quelconque 15 des revendications précédentes.