Brevet FR3079883A1 — publié le 20191011

PROCEDE DE COMMANDE D'UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE ET A TAUX DE COMPRESSION VARIABLE La présente invention se rapporte au domaine des moteurs à combustion interne. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de commande d'un moteur à allumage commandé et à taux de compression variable. Un moteur à explosion à allumage commandé à quatre temps est alimenté, lors de chaque cycle, par un mélange comprenant de l'air et du carburant. Chaque cycle comprend, 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 de contrôle du moteur 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. 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. 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. 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. Le cliquetis peut provoquer des nuisances sonores au sein de l'habitacle, une dégradation accélérée des éléments moteur ou encore une augmentation de la consommation de carburant. Différentes corrections complémentaires entre elles, lors de la détection du cliquetis par capteur sont mises en place au niveau du calculateur moteur, ces corrections visant à 2 modifier l'avance à l'allumage pour permettre de réduire et, dans le meilleur des cas, d'annuler le cliquetis. Parmi ces corrections, on trouve d'une part une correction curative visant à réduire 5 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 progressivement vers une valeur initiale de l'avance à l'allumage lorsqu'il n'y a plus de cliquetis sur une durée suffisamment importante. 10 On trouve d'autre part une correction adaptative qui utilise tout ou partie de la correction curative afin d'effectuer un apprentissage permettant d'obtenir un retrait de « l'avance à l'allumage » afin de pouvoir le réappliquer lorsque le moteur se retrouve dans des conditions de fonctionnement proches. 15 On connait des documents FR3026140 et FR3026141 des procédés de réglage de l'avance à l'allumage par apprentissage d'une correction des avances à l'allumage en fonction des zones du champ moteur et de leur sensibilité au cliquetis. L'apparition du cliquetis est attribuable à différents facteurs, comme par exemple l'utilisation d'un carburant dégradé ou la température d'admission. 20 Par ailleurs, sur les moteurs à allumage commandé qui ont en plus la possibilité d'avoir un taux de compression variable, le taux de compression choisi a également un impact sur le cliquetis. Le changement de taux de compression sur un moteur peut s'effectuer à l'aide de dispositif adaptés permettant par exemple de faire varier la cylindrée du moteur ou 25 encore de faire varier la cinématique de la bielle. On connait encore du document US20040025818A1 une méthode pour régler le taux de compression dans un moteur à combustion interne à allumage commandé comprenant une phase de correction adaptative de l'avance à l'allumage et du taux de compression, à 30 partir d'un taux de compression optimum lui-même obtenu à partir d'une température maximum admissible en fin de compression à ne pas dépasser pour ne pas franchir la limite de cliquetis. Ces corrections d'avance à l'allumage et de taux de compression restent donc basées sur des estimations de limite de cliquetis et non pas sur des détections réelles de cliquetis. Ces corrections d'avance à l'allumage et de taux de compression ne sont donc potentiellement pas fiables, ni optimums. 3 Il existe donc un besoin pour améliorer la correction adaptative de l'avance à l'allumage et du taux de compression à partir d'une détection effective de cliquetis. Pour résoudre ce problème, il est prévu selon l'invention un procédé de commande d'un 5 moteur à combustion interne à allumage commandé et à taux de compression variable comprenant les étapes de : -détection de cliquetis, -correction curative consistant à appliquer un retrait de l'avance, -apprentissage, à partir de ce retrait d'avance, d'un écart d'avance à l'allumage par 10 rapport à une avance à l'allumage prédéterminée et d'un écart de taux de compression par rapport à un taux de compression prédéterminé, et l'apprentissage de l'écart de taux de compression étant autorisé que lorsque celui de l'avance à l'allumage est terminé. 15 L'effet technique est d'avoir une adaptation de l'avance à l'allumage et du taux de compression plus fiable car basé sur des conditions réelles de détection de cliquetis, et plus stable car il permet d'éviter des corrections de taux de compression sur de brusques variations d'avance à l'allumage. 20 Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons : Selon une variante, l'autorisation d'apprentissage du taux de compression est accordée si de plus l'écart d'avance à l'allumage appris est supérieur à un seuil d'écart d'avance 25 déterminé. Ce filtre permet d'éviter des apprentissages trop répétitifs Avantageusement, le seuil d'écart d'avance déterminé est supérieur à 5 DV. En variante, l'autorisation d'apprentissage du taux de compression est accordée si de 30 plus l'écart de rendement à l'allumage dû à l'écart d'avance à l'allumage appris est supérieur à un seuil d'écart de rendement déterminé. En variante, l'apprentissage de l'écart de taux de compression est effectué à partir d'une cartographie qui établit le taux de compression en fonction de l'écart d'avance à 35 l'allumage appris et du rendement d'avance à l'allumage. La cartographie est un moyen simple et fiable pour déterminer cet écart de taux de compression. 4 En variante, l'apprentissage de l'écart d'avance à l'allumage par rapport à l'avance à l'allumage prédéterminée et de l'écart de taux de compression par rapport à un taux de compression prédéterminé sont réitérés jusqu'à la convergence vers le meilleur compromis avance à l'allumage / taux de compression possible. 5 En variante, le cliquetis est détecté par un capteur de cliquetis. L'invention concerne aussi un calculateur qui comprend les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de 10 commande requis à mise en oeuvre du procédé de commande selon l'une quelconque des variantes précédemment décrites. L'invention concerne aussi un moteur à combustion interne à allumage commandé et à taux de compression variable, comprenant un tel calculateur. 15 L'invention concerne aussi un véhicule automobile qui comprend un tel moteur pour assurer son déplacement. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après 20 d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 est une représentation schématique d'un véhicule de l'invention. - La figure 2 est une représentation schématique des étapes du procédé de commande 25 de l'invention. La figure 1 présente un moteur 1 à combustion interne à allumage commandé et à taux de compression variable. Le taux de compression d'un moteur alternatif à combustion interne est défini par le rapport entre le volume du cylindre et celui de la chambre de 30 combustion. Un tel moteur 1 peut fonctionner par exemple à l'essence. Un tel moteur 1 peut équiper un véhicule 2 automobile pour son déplacement. Le moteur 1 comprend donc un système d'allumage et un système permettant de modifier le taux de compression. Le moteur 1 comprend encore des moyens de détection du cliquetis, tel qu'un capteur (non représenté). 35 5 Il est prévu également un calculateur 3 comprenant les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en oeuvre du procédé commande du moteur 1 selon l'invention. 5 Dans la suite de ce document L'avance à l'allumage est définie par l'angle de rotation vilebrequin qui sépare l'instant d'étincelle du PMH (point mort haut) du moteur 1. Un allumage au PMH signifie une avance à l'allumage qui a pour valeur 0. Un décalage du point d'allumage après le PMH correspond une valeur négative d'avance à l'allumage. 10 Par exemple une avance de -10 DV (Degré Vilebrequin) signifie un allumage 10 DV après le PMH. On rappelle ici que pour chaque point de fonctionnement le taux de compression est optimal pour une avance à l'allumage donnée. Si l'on augmente le taux de compression, 15 l'avance à l'allumage optimale sera diminuée et inversement. Si l'augmentation du taux de compression entraine une trop grande dégradation d'avance à l'allumage, le rendement d'avance chute et le rendement moteur devient mauvais. On entend par rendement d'avance le ratio du couple obtenu à l'avance en question sur le couple maximum obtenu à l'avance à l'allumage optimum, sur un point de fonctionnement donné. 20 Si le taux de compression est faible le rendement d'avance est bon mais le rendement de cycle diminue car il est fonction du taux de compression par conséquent le rendement moteur n'est plus optimal. Il y a donc une relation étroite entre taux de compression et avance à l'allumage. Ainsi il peut être parfois plus intéressant de diminuer légèrement le 25 taux de compression afin de remonter les avances à l'allumage et ainsi retrouver un compromis taux de compression / rendement d'avance permettant un meilleur rendement moteur. La figure 2 présente le fonctionnement de la stratégie de fonctionnement : 30 Le bloc 20 représente une combustion réalisée dans un cylindre du moteur avec une avance à l'allumage appliquée, AA, et un taux de compression, Ix, appliqué. Le moteur 1 peut comprendre plusieurs cylindres. 35 En présence de cliquetis, K, détecté par le capteur de cliquetis, il est prévu une phase 20 de correction curative de cliquetis visant à réduire rapidement le phénomène de cliquetis lors de son apparition. Cette correction curative de cliquetis consiste à appliquer un retrait 6 de l'avance, 3,AA, à l'allumage à chaque détection du cliquetis, puis à tendre progressivement vers la valeur initiale de l'avance à l'allumage lorsqu'il n'y a plus de cliquetis sur une durée suffisamment importante, par exemple 10 secondes. 5 Le bloc 22 représente un module de correction adaptative de l'avance à l'allumage, encore désigné « adaptatif cliquetis ». Ce module 22 reçoit au bloc 23, l'écart d'avance, 3,AA, à corriger, puis vérifie au bloc 24 si les conditions d'apprentissage sont réunies. Si les conditions d'apprentissage d'une correction d'avance à l'allumage sont réunies 10 (sortie « O» du bloc 24), l'apprentissage est réalisé (bloc 25) et cet écart correctif d'avance à l'allumage est mémorisé. L'apprentissage peut se faire à l'aide d'un système d'apprentissage automatique, par exemple un système d'apprentissage à réseau de neurones. Cet écart correctif est réappliqué lorsque le moteur se retrouve dans des conditions de fonctionnement proche. Cette correction est différente d'un point de 15 fonctionnement à l'autre. Ce module 22 apprend la correction d'avance à appliquer vis-à- vis des avances optimales calibrées, en fonction de différents paramètres moteur tel que le régime moteur, le remplissage et la température admission... On peut prévoir un découpage du champ moteur en fonction de sa sensibilité au cliquetis. 20 Au contraire, si les conditions d'apprentissage d'une correction d'avance à l'allumage ne sont pas réunies (sortie « N » du bloc 24), l'apprentissage n'est pas réalisé (bloc 26). Le bloc 27 représente l'écart correctif d'avance à l'allumage obtenu. 25 On peut prévoir également une correction dite préventive (bloc 28), visant à gérer l'avance à l'allumage en cas de détection de fonctionnement transitoire du moteur. Un bloc 29 de coordination des avances défini enfin l'avance à l'allumage AA à appliquer. 30 Sur un moteur à compression variable, lorsque l'adaptatif cliquetis fonctionne et calcule un écart d'avance à l'allumage, le compromis taux de compression variable / avance à l'allumage n'est plus optimal. Il faut donc trouver ce nouveau compromis. Pour cela, il est prévu un autre module 30 de correction adaptative de taux de 35 compression. Ce module 30 prévoit de vérifier au bloc 31 que sont réunies des conditions, ici deux conditions, Cl, C2, pour lesquelles on considère que l'apprentissage du taux de compression est requis. Ce bloc 31 prend avant tout en compte le fait que l'apprentissage 7 d'écart d'avance à l'allumage est terminé (trait pointillé partant du bloc 24 pour se terminer par la flèche « N » en entrée du bloc 31). Le fait de prévoir l'apprentissage du taux de compression seulement après que celui de l'avance à l'allumage soit terminé permet d'avoir un système plus stable et également de ménager la charge de travail du 5 calculateur 3. Ainsi, si l'apprentissage de l'écart d'avance à l'allumage est terminé et que les conditions Cl, C2 sont avérées, on autorise l'apprentissage d'un écart de taux de compression par rapport à un taux de compression optimum prédéterminé. 10 Ce taux de compression prédéterminé est par exemple issu d'une cartographie de taux de compression optimal réalisé dans le champ moteur (régime, charge). Cette cartographie de taux de compression est réalisée pour un carburant de référence, par exemple une essence d'indice RON de 95. Pour chaque point de fonctionnement, ce taux de 15 compression optimal l'est pour une avance à l'allumage prédéterminée. Cette avance à l'allumage prédéterminée est obtenue avec le même carburant de référence que pour la réalisation de la cartographie de taux de compression optimisé. La condition Cl consiste à vérifier si l'écart d'avance à l'allumage appris est supérieur à 20 un seuil Si d'écart d'avance à l'allumage déterminé. Par exemple, le seuil Si peut être de 5 DV. En effet, si l'écart d'avance à l'allumage est trop faible, l'impact sur la dégradation du rendement d'avance n'est pas assez important pour justifier un déclenchement de l'apprentissage du taux de compression. 25 La condition 02 consiste à vérifier si l'écart de rendement d'avance dû à l'écart d'avance à l'allumage appris est supérieur à un seuil d'écart de rendement déterminé. L'écart de rendement d'avance peut être déterminé à partir d'une cartographie établie en fonction du taux de compression et de l'écart d'avance à l'allumage. 30 Ici, si pour les deux conditions Cl, C2, la réponse est affirmative, l'apprentissage d'un écart de taux de compression est autorisé (bloc 32, par la branche « 0 » partant du bloc 31). En variante, on pourrait prévoir de ne vérifier que la condition Cl ou la condition C2, mais 35 on serait moins efficace. Pour affiner la stratégie, on pourrait prévoir au contraire prévoir d'autres conditions tel qu'une condition sur la température d'admission. 8 Au contraire, si les conditions d'apprentissage d'un écart de taux de compression ne sont pas réunies (sortie « N » du bloc 31), l'apprentissage n'est pas réalisé (bloc 33). Aussi, comme déjà expliqué, si l'apprentissage de l'écart d'avance à l'allumage est en cours (flèche « 0 » issu du trait pointillé partant du bloc 24), l'apprentissage n'est pas réalisé 5 (bloc 33). Le nouveau taux de compression peut être déterminé à partir d'une cartographie qui établit le taux de compression en fonction de l'écart d'avance à l'allumage appris et du rendement d'avance à l'allumage. On en déduit ensuite l'écart de taux de compression. 10 Le bloc 34 représente l'écart correctif de taux de compression obtenu. Le calculateur 3 détermine ensuite au bloc 35 une nouvelle consigne de taux de compression à partir de l'écart de taux de compression appris et du taux de compression 15 prédéterminé de référence (bloc 40). Les avances AA sont alors remises à jour avec l'application du nouveau taux de compression Ix. 20 Si l'écart entre les nouvelles avances et les avances à l'allumage prédéterminée lors du réglage moteur, est encore important (c'est-à-dire supérieur au seuil 51) on réitère l'apprentissage d'un nouveau taux et d'une nouvelle avance jusqu'à convergence vers le meilleur compromis avance à l'allumage / taux de compression possible. 25 Le delta de taux et le delta d'avance une fois appris seront directement appliqués lorsque le moteur sera dans des conditions proches de celles rencontrées lors de l'apprentissage. L'invention a pour avantage de permettre un fonctionnement optimal, en temps réel, à partir de conditions réelles de détection de cliquetis. L'invention permet une meilleure 30 optimisation du fonctionnement du moteur, REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un moteur à combustion interne à allumage commandé et à taux de compression variable caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : -détection de cliquetis (K), -correction curative consistant à appliquer un retrait de l'avance (3,AA), -apprentissage, à partir de ce retrait d'avance, d'un écart d'avance à l'allumage par rapport à une avance à l'allumage prédéterminée et d'un écart de taux de compression par rapport à un taux de compression prédéterminé, et en ce que l'apprentissage de l'écart de taux de compression est autorisé que lorsque celui de l'avance à l'allumage est terminé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'autorisation d'apprentissage du taux de compression est accordée si de plus l'écart d'avance à l'allumage appris est supérieur à un seuil (Si) d'écart d'avance déterminé. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le seuil (Si) d'écart d'avance déterminé est supérieur à 5 DV. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'autorisation d'apprentissage du taux de compression est accordée si de plus l'écart de rendement à l'allumage dû à l'écart d'avance à l'allumage appris est supérieur à un seuil (S2) d'écart de rendement déterminé. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'apprentissage de l'écart de taux de compression est effectué à partir d'une cartographie qui établit le taux de compression en fonction de l'écart d'avance à l'allumage appris et du rendement d'avance à l'allumage. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'apprentissage de l'écart d'avance à l'allumage par rapport à l'avance à l'allumage prédéterminée et de l'écart de taux de compression par rapport à un taux de compression prédéterminé sont réitérés jusqu'à la convergence vers le meilleur compromis avance à l'allumage / taux de compression possible. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cliquetis (K) est détecté par un capteur de cliquetis. 10 8. Calculateur (3), caractérisé en qu'il comprend les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en oeuvre du procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes. 5 9. Moteur (1) à combustion interne à allumage commandé et à taux de compression variable, caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur (3) selon la revendication précédente. 10. Véhicule (2) automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur (1) selon la revendication précédente pour assurer son déplacement. 10