Brevet FR3048736A1 — publié le 20170915

METHODE DE DETERMINATION D'UNE CORRECTION PREVENTIVE D'AVANCE A L'ALLUMAGE D'UN MOTEUR A COMBUSTIOIN INTERNE A ALLUMAGE COMMANDE [0001] L'invention a trait au réglage des moteurs à combustion interne à allumage commandé, et plus précisément à la stratégie visant à protéger un moteur du phénomène de cliquetis. [0002] Un moteur à combustion interne 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] Sera pris en compte, ci-après, le cas d'un moteur à quatre temps, comprenant au moins un cylindre et un piston mobile dans le cylindre, chaque cycle comprenant quatre temps, ci-après nommés phases (admission, compression, combustion-détente, échappement), la phase de combustion-détente étant initiée par l'allumage du mélange air/carburant comprimé, via une bougie d'allumage, contrôlée par un calculateur moteur (ou contrôle moteur). [0004] 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. [0005] 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 point mort haut (PMH), la position point mort haut (PMH) étant la position de référence. [0006] L'avance à l'allumage est matérialisée par un écart angulaire (ou angle de rotation) ayant pour référentiel un vilebrequin, via des bielles, par le mouvement des pistons du moteur. [0007] 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. [0008] 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. 3048736 2 [0009] L'apparition du cliquetis est attribuable à différents facteurs, comme par exemple la charge du moteur, définissant le rapport entre la quantité d'air admise dans le cylindre du moteur et la quantité d'air admissible de référence. Si le rapport est égal à 0, le moteur est vide. 5 Si le rapport est égal à 1, le moteur est en pleine charge atmosphérique. Si le rapport est supérieur à 1, le moteur admet plus d'air que la référence théorique, la température dans le cylindre augmente et rend le mélange air-carburant plus sensible à une auto-inflammation, avant le déclenchement de l'étincelle générée par 10 l'allumage. [0010] Afin d'éviter le cliquetis, il est connu d'appliquer une action curative immédiate, dont l'effet est de réduire la valeur de l'avance à l'allumage sur le cylindre concerné par une détonation, ou d'appliquer une action préventive à évolution plus lente appliquée sur tous les 15 cylindres. [0011] Une correction de type auto adaptative enregistre la valeur de la correction moyenne, pour chacun des cylindres, en fonction des conditions de vitesse (régime moteur) et de charge du moteur. [0012] En forte charge, on applique un enrichissement du mélange, 20 qui est fonction du retrait d'avance à l'allumage, ce qui a pour effet de retarder l'apparition du cliquetis en refroidissant le mélange. [0013] Cependant, l'évolution des normes anti-pollution provoque l'apparition de nouveaux systèmes de dépollution, tels que des filtres à particules, en particulier sur les moteurs à essence suralimentés, 25 notamment de type essence turbo à injection directe. [0014] Le principe du filtre à particules consiste à contenir les suies issues de la combustion, puis à les brûler lors de la phase de régénération du filtre. [0015] Lors du fonctionnement du filtre à particules, une contre- 30 pression se crée dans le circuit d'échappement. Cette contre-pression ralentit l'évacuation des gaz brûlés lors de la phase d'échappement du moteur, et augmente le taux de gaz résiduels dans le cylindre. [0016] Ces gaz ont une température élevée et ont tendance à réchauffer le mélange d'air et de carburant lors de la combustion 35 suivante, et ont ainsi tendance à favoriser l'apparition de cliquetis. [0017] On connait du document US 20070180824 une méthode de contrôle d'un système moteur comprenant un moteur à allumage 3048736 3 commandé et un filtre à particules, la méthode permettant de diminuer le taux de gaz résiduels dans le cylindre dû à une contre-pression dans le circuit d'échappement, par l'ouverture de la tuyère d'une turbine à géométrie variable. L'ouverture de cette tuyère va permettre 5 d'augmenter le débit d'air d'admission, de sorte à empêcher la montée en pression dans le passage d'échappement. [0018] Cependant, cette méthode de l'art antérieur présente l'inconvénient de ne pas cibler directement le filtre à particules comme principale source de l'apparition de cliquetis. En effet, cette méthode ne 10 permet pas d'ajuster la valeur de l'avance à l'allumage en fonction du taux d'encrassement du filtre à particules. [0019] Un premier objectif est de proposer une méthode de contrôle d'un moteur à combustion interne à allumage commandé comprenant un filtre à particules, cette méthode et permettant de surveiller le taux 15 d'encrassement du filtre à particules. [0020] Un deuxième objectif est de proposer une méthode de contrôle d'un moteur à combustion interne à allumage commandé comprenant un filtre à particules, cette méthode permettant d'ajuster la valeur de l'avance à l'allumage en fonction de la charge du moteur, de 20 son régime et du taux d'encrassement du filtre à particules. [0021] À ces fins, il est proposé, en premier lieu, une méthode de contrôle d'un moteur à combustion interne à allumage commandé définissant un régime moteur, une charge et un taux de balayage , pour éviter l'apparition de cliquetis dans un cylindre du 25 moteur, le moteur comprenant : - un filtre à particules, et - un calculateur permettant d'établir une correction d'avance à l'allumage en fonction du régime moteur et de la charge, méthode dans laquelle le calculateur permet : 30 - d'établir un facteur de chargement du filtre à particules en fonction d'un différentiel de pression mesuré aux bornes du filtre à particules et taux de balayage du moteur, - d'établir une correction préventive d'avance à l'allumage nécessaire pour éviter le phénomène de cliquetis, calculée lors d'une 35 phase dans laquelle la correction d'avance à l'allumage est multipliée au facteur de chargement. 3048736 4 [0022] Avantageusement, une telle méthode permet de prévenir l'apparition de cliquetis dans un moteur à combustion interne à allumage commandé, en fonction du régime moteur et de sa charge. [0023] La méthode permet également de surveiller l'état 5 d'encrassement du filtre à particules. [0024] Avantageusement, le facteur de chargement du moteur est compris pour un taux de balayage donné entre 0 pour un état du filtre à particules non encrassé et 1 pour un état du filtre à particules colmaté. [0025] Il est proposé, en deuxième lieu, un calculateur conçu de 10 sorte à piloter une bougie d'allumage de moteur à combustion interne à allumage commandé, au moyen d'une méthode de contrôle du moteur telle que présentée ci-dessus. [0026] Il est proposé, en troisième lieu, un moteur comprenant au moins une bougie d'allumage et un tel calculateur. 15 [0027] Il est proposé, en quatrième lieu, un véhicule automobile comprenant un tel moteur. [0028] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement et de manière concrète à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation, laquelle est faite en 20 référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective de dessus d'un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne à allumage commandé, - la figure 2 est une vue schématique d'un moteur à combustion 25 interne à allumage commandé et de ses auxiliaires de pilotage, - la figure 3 est un graphique illustrant un différentiel de pression aux bornes d'un filtre à particules, en fonction d'un débit d'échappement de gaz et d'un chargement du filtre à particules, - la figure 4 est un graphique illustrant une correction d'avance à 30 l'allumage, en fonction du différentiel de pression aux bornes du filtre à particules, - la figure 5 est un diagramme de fonctionnement d'une méthode de contrôle du moteur de la figure 2. [0029] Sur la figure 1 est représenté un véhicule 1 automobile pourvu 35 d'un moteur 2 à combustion interne à allumage commandé. [0030] Le moteur 2 comprend un bloc 3 moteur ayant au moins un cylindre 4, une culasse 5 recouvrant le bloc 3 moteur et fermant le 3048736 5 cylindre 4 à une extrémité supérieure de celui-ci, et un piston 6 monté mobile dans le cylindre 4 entre une position haute, dans laquelle le piston 6 est à proximité de la culasse 5, et une position basse écartée de la position haute. 5 [0031] La culasse 5 comprend deux conduits 7, 8 débouchant dans le cylindre 4, à savoir un conduit 7 d'admission d'un mélange air/carburant et un conduit 8 d'échappement de ce mélange après combustion, les conduits 7, 8 comprenant respectivement, à leur jonction avec le cylindre 4, une soupape 9 et 10 permettant la mise en communication 10 d'un conduit 7 et 8 avec le cylindre 4 ou au contraire la séparation entre le conduit 7 et 8 et le cylindre 4. [0032] En outre, la culasse 5 comprend, entre les deux soupapes 9, 10, une bougie 11 d'allumage pour déclencher la combustion du mélange air/carburant dans le cylindre 4. 15 [0033] Avantageusement, le moteur 2 comprend plusieurs cylindres 4. Cependant, à des fins de clarté, le moteur 2 illustré sur la figure 2 est représenté de manière schématique ; seuls le bloc moteur, et plus précisément un des cylindres 4 et la culasse 5 sont représentés en section. 20 [0034] Comme on voit sur la figure 2, le moteur 2 comprend un calculateur 12, un filtre 13 à particules, un vilebrequin 14 entrainé en rotation, via des bielles 15 par le piston 6. Le mouvement du vilebrequin 14 est ensuite transmis aux roues 16 du véhicule 1 automobile. 25 [0035] Le moteur 2 comprend également plusieurs capteurs et sondes, connectés au calculateur 12, à savoir : un capteur 17 de régime moteur Nmot, un capteur 18 de pression absolue, comprenant une sonde de température, disposée à l'admission et permettant de mesurer la 30 pression dans la tubulure d'admission et la température de l'air, ces deux mesures associées à la mesure du régime moteur Nmot permettent au calculateur 12 d'évaluer la quantité d'air admise dans le cylindre 4, cette quantité d'air étant communément désignée charge R, une sonde 19 lambda, disposée en amont du filtre 13 à particules, 35 permettant de mesurer la quantité d'air dans le circuit d'échappement, 3048736 6 une sonde 20 de température, disposée en amont du filtre 13 à particules, permettant de mesurer la température de l'air dans le circuit d'échappement, la mesure de la quantité d'air mesurée à l'échappement associée à la mesure de la température de l'air à l'échappement 5 permettant au calculateur 12 d'évaluer la quantité d'air frais admise dans le cylindre 4 qui est directement envoyé à l'échappement, cette quantité d'air étant communément désignée taux balayage TX, un capteur 21 de pression, permettant de mesurer le différentiel dP de pression entre l'entrée et la sortie du filtre 13 à particules, 10 un capteur 22 de référence cylindrique (ou capteur à effet Hall), permettant au calculateur de diminuer l'avance à l'allumage A. [0036] Lors d'un cycle moteur, l'allumage du mélange air/carburant, via la bougie 11 d'allumage, se produit en amont de la position point mort haut (PMH) du piston 6 à l'issue de la phase de compression. Afin 15 de calibrer l'allumage, les motoristes définissent un paramètre appelé avance à l'allumage, correspondant à un écart angulaire (exprimé par exemple en degrés), ayant pour référentiel le vilebrequin 14, entre l'instant de l'allumage et l'instant du passage du piston 6 en position point mort haut (PMH), la position point mort haut (PMH) du piston 6 20 correspondant à la position de référence. [0037] Le calculateur 12 permet, comme nous le verrons ci-après, de commander l'allumage de la bougie 11 d'allumage pour déclencher la combustion. [0038] Le filtre 13 à particules est un système de filtration utilisé 25 pour contenir les suies issues de la combustion. Les particules piégées par le filtre 13 sont ensuite brulées lors d'une phase de régénération du filtre 13 à particules. La régénération du filtre 13 à particules, lorsqu'elle est effectuée par voie thermique, consiste à bruler les particules en portant les gaz d'échappement à haute température, par 30 exemple 700°C. Un balayage de l'air d'admission vers l'échappement apporte, par exemple, de l'oxygène dans le filtre à particules. [0039] Le fonctionnement du filtre à particules provoque une contre- pression dans le circuit d'échappement. Cette contre-pression ralentit l'évacuation des gaz brûlés lors de la phase d'échappement du moteur 35 et augmente le taux de gaz résiduels dans le cylindre. 3048736 7 [0040] Ces gaz ont tendance à réchauffer le mélange d'air et de carburant lors de la combustion suivante, et ont ainsi tendance à favoriser l'apparition de cliquetis. [0041] Le cliquetis est un phénomène associé à une combustion 5 anormale dans les moteurs à allumage commandé, lié à l'apparition d'ondes de choc dans la chambre de combustion du moteur. Ce phénomène est typiquement attribué à l'auto-inflammation de particules de carburant imbrûlées qui sont repoussées vers les parois de la chambre de combustion par le souffle du front de flamme généré 10 normalement au niveau de l'arc électrique (étincelle) de la bougie d'allumage. Suite à l'élévation de la température et de la pression, ces particules peuvent s'auto-enflammer et provoquer des ondes de choc susceptibles d'endommager les pistons, les segments ou même les cylindres, et donc provoquer une casse moteur. Pour une architecture 15 de moteur et un taux de compression donnés, le cliquetis va essentiellement dépendre de l'avance à l'allumage, c'est-à-dire de l'angle de rotation du volant moteur qui sépare l'instant d'étincelle du point mort haut et de la limite d'auto-inflammation du carburant. [0042] La figure 3 illustre un graphique dont l'ordonnée représente 20 un différentiel dP de pression mesuré aux bornes du filtre 13 à particules (exprimé en mbar), et l'abscisse représente le débit dE d'échappement des gaz d'échappement (exprimé en kg/s). [0043] Le graphique comprend plusieurs courbes Cl, C2, C3, C4 et C5 représentant l'évolution du chargement en suies du filtre 13 à 25 particules en fonction du différentiel dP de pression et du débit dE d'échappement des gaz d'échappement, Cl représentant un chargement faible en suies et C5 représentant un chargement important en suies (filtre 13 à particules colmaté). [0044] On remarque que lorsque le chargement en suies dans le filtre 30 13 à particules est important et lorsque le débit d'échappement augmente au fur et à mesure que la soupape 10 d'échappement s'ouvre pour évacuer les gaz d'échappement, le différentiel dP de pression mesuré aux bornes du filtre 13 à particules augmente. [0045] Cette augmentation de pression témoigne du bouchon créé 35 dans le filtre 13 à particules. [0046] La figure 4 illustre un graphique dont l'ordonnée représente la correction d'avance à l'allumage A nécessaire pour éviter le phénomène 3048736 8 de cliquetis (exprimé en degrés), et l'abscisse représente le différentiel dP de pression mesuré aux bornes du filtre 13 à particules (exprimé en mbar). [0047] On constate sur ce graphique une évolution linéaire de la 5 correction d'avance à l'allumage A, nécessaire par rapport au différentiel dP de pression mesuré aux bornes du filtre 13 à particules (et donc par rapport au chargement du filtre 13 à particules). [0048] Le diagramme de fonctionnement présenté en figure 5 décrit les différentes phases permettant au calculateur 12 de déterminer une 10 correction préventive d'avance à l'allumage Ap du moteur 2. [0049] La correction préventive d'avance à l'allumage Ap est déterminée à l'aide de deux cartographies de commande 23, 24, gérées par le calculateur 12. [0050] Des paramètres de commande définissant les relations entre 15 variables de sortie et variables d'entrée sont associés au calculateur 12 et sont globalement désignés sous par cartographie de commande. [0051] La première cartographie de commande 23 est associée à deux variables d'entrée, le régime moteur Nmot, c'est-à-dire la vitesse de rotation du moteur 2, et la charge R du moteur 2, la charge R du 20 moteur 2 étant définie par le rapport entre la quantité d'air admise dans le cylindre du moteur 2 et la quantité d'air admissible de référence. Une correction d'avance à l'allumage A est obtenue par interpolation des deux variables dans une matrice. [0052] La seconde cartographie de commande 24 est associée à 25 deux variables d'entrée, le différentiel dP de pression mesuré aux bornes du filtre 13 à particules et le taux de balayage TX du moteur 2, le taux de balayage TX du moteur 2 étant défini par la quantité de gaz introduite à l'admission qui est directement envoyée à l'échappement. [0053] Le taux de balayage TX est un phénomène généré par des 30 déphaseurs de cames, qui permettent de retarder la fermeture de la soupape 10 d'échappement alors que la soupape 9 d'admission est ouverte, ainsi, les gaz provenant de l'admission sont directement envoyés à l'échappement. [0054] Un facteur F de chargement du filtre 13 à particules est 35 obtenu par interpolation des deux variables citées ci-dessus dans une matrice. Ce facteur F est compris entre 0 et 1, et définit le taux 3048736 9 d'encrassement du filtre 13 à particules pour un taux de balayage TX donné. [0055] Par exemple, pour un filtre 13 à particules non encrassé, le calculateur 12 détermine un facteur F égal à 0. 5 [0056] Pour un filtre 13 à particules très encrassé et un taux de balayage TX élevé, le calculateur 12 détermine un facteur F égal à 0,80. [0057] Pour un filtre 13 à particules très encrassé et un taux de balayage TX faible, le calculateur 12 détermine un facteur F égal à 0,60. [0058] La correction d'avance à l'allumage A est effectuée par le 10 calculateur 12 lors d'une phase 100 par le facteur F de chargement, il en résulte la correction préventive d'avance à l'allumage Ap. [0059] La méthode décrite ci-dessus présente plusieurs avantages. [0060] Elle permet de surveiller le différentiel de pression aux bornes d'un filtre à particules. 15 [0061] Elle permet de surveiller le taux de balayage d'un moteur à combustion interne à allumage commandé. [0062] Elle permet d'établir une correction préventive d'avance à l'allumage, en fonction du taux d'encrassement d'un filtre à particules, ce taux étant déterminé par le différentiel de pression aux bornes du 20 filtre à particules et par le taux de balayage du moteur. REVENDICATIONS1. Méthode de contrôle d'un moteur (2) à combustion interne à allumage commandé définissant un régime moteur (Nmot), une charge (R) et un taux de balayage (Tu), pour éviter l'apparition de cliquetis dans un cylindre (4) du moteur (2), le moteur (2) comprenant : un filtre (13) à particules, et un calculateur (12) permettant d'établir une correction d'avance à l'allumage (A) en fonction du régime moteur (Nmot) et de la charge (R), la méthode étant caractérisée en ce que le calculateur (12) permet : - d'établir un facteur (F) de chargement du filtre (13) à particules en fonction d'un différentiel (dP) de pression mesuré aux bornes du filtre (13) à particules et du taux de balayage (Tu) du moteur (2), - d'établir une correction préventive d'avance à l'allumage (Ap) nécessaire pour éviter le phénomène de cliquetis, calculée lors d'une phase (100) dans laquelle la correction d'avance à l'allumage (A) est multipliée au facteur (F) de chargement. 2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le facteur (F) de chargement du moteur (2) est compris pour un taux de balayage (Tu) donné entre 0 pour un état du filtre (13) à particules non encrassé et 1 pour un état du filtre (13) à particules colmaté. 3. Calculateur (12) conçu de sorte à piloter une bougie (11) d'allumage de moteur (2) à combustion interne à allumage commandé, au moyen d'une méthode de contrôle du moteur (2) selon l'une des revendications précédentes. 4. Moteur (2) comprenant au moins une bougie (11) d'allumage et un calculateur (12) selon la revendication 3. 5. Véhicule (1) automobile comprenant un moteur (2) selon la revendication 4.