Brevet FR3084114A1 — publié le 20200124

La présente invention concerne un procédé de contrôle de combustion dans un moteur. Le domaine de l'invention est plus particulièrement celui des moteurs à combustion interne dits moteurs « deux temps ». De tels moteurs comportent au moins un cylindre dans lequel coulisse à chaque fois un piston entre une position basse et une position haute. Dans un moteur deux temps, une combustion de carburant a lieu à chaque fois qu'un piston est proche de sa position haute. La combustion dans un tel moteur se fait plus difficilement que dans un moteur dit moteur « 4 temps » dans lequel une combustion n'a lieu que tous les deux passages de piston dans sa position haute (ou à proximité de celle-ci). En effet, dans un moteur deux temps, le remplissage du cylindre avec de l'air frais se fait en même temps que l'évacuation des gaz brûlés hors du cylindre si bien que l'air « frais » risque de contenir, d'une part, des gaz brûlés et, d'autre part, du carburant imbrûlé. De ce fait, la qualité de l'air disponible pour une combustion dans le moteur dépend fortement de la qualité de la combustion précédente. Pour contrôler alors le moteur, il est connu d'utiliser un capteur de température de l'échappement. La température alors mesurée permet d'estimer la qualité de la combustion dans les cylindres. Toutefois, il convient de choisir un capteur robuste car il est soumis, d'une part, à des températures très élevées et, d'autre part, à un haut niveau de vibrations. Ainsi, le temps de réponse d'un tel capteur est généralement mauvais. Il est donc préférable d'utiliser cette solution pour le contrôle d'un moteur deux temps pour réaliser des corrections à long terme plutôt que pour résoudre un problème de combustion immédiatement. Une autre solution connue est d'utiliser un capteur de pression d'aspiration pour évaluer le flux d'air entrant dans le moteur. Toutefois les solutions basées sur de telles mesures sont le plus souvent inefficaces à charge élevée. Il est aussi connu sur les moteurs deux temps de contrôler la combustion pour 30 détecter un raté d'allumage. Quand un tel raté est détecté, il est possible d'agir sur l'alimentation du moteur pour éviter que l'évènement se reproduise. Le document US-5,653,209 divulgue un procédé et un système de correction adaptative de la quantité de carburant à injecter dans un moteur deux temps. Le procédé proposé est basé sur une surveillance de cliquetis et de ratés de combustion. 35 La présente invention a alors pour but de fournir un procédé et un système permettant d'améliorer encore le contrôle électronique d'un moteur deux temps. 2 Elle a aussi pour but de fournir un procédé et un système qui puissent être utilisés efficacement sur un moteur monocylindre. À cet effet, la présente invention propose un procédé de gestion 5 d'alimentation d'un moteur à combustion interne de type deux temps. Selon la présente invention, ce procédé comporte les étapes suivantes : - estimation du couple gaz moyen produit par le moteur sur un horizon de mesure prédéterminé inférieur à 360°, - comparaison du couple gaz moyen estimé à l'étape précédente avec un 10 seuil déterminé à partir du couple gaz moyen de consigne défini à partir d'au moins un paramètre moteur, et - modification de consigne concernant une alimentation en air et/ou carburant si le couple gaz moyen est inférieur audit seuil. Il est proposé ici de manière originale, d'une part, de contrôler le couple 15 moteur produit et, d'autre part, de « réduire » l'horizon de mesure pour pouvoir être réactif. Comme il ressort de la suite, la mesure de couple peut être réalisée rapidement et comme l'horizon de mesure est réduit, il est même possible le plus souvent de pouvoir intervenir sur l'alimentation en carburant dès la combustion suivant une détection d'anomalie. 20 Une forme de réalisation préférée prévoit que l'estimation du couple gaz moyen produit par le moteur est obtenue par la mise en oeuvre des étapes suivantes : - détermination à l'aide d'un capteur de défilement des temps de passage de six repères de mesure disposés sur une couronne solidaire d'un volant d'inertie ou d'un vilebrequin du moteur, chaque repère correspondant par exemple à un front -montant ou 25 descendant- d'une dent réalisée sur ledit volant d'inertie ou vilebrequin, - calcul d'une somme correspondant à l'intervalle de temps entre le passage du premier repère et le passage du deuxième repère, diminué du temps entre le passage du troisième repère et le passage du quatrième repère et augmenté du temps entre le passage du cinquième repère et le passage du sixième repère, - première approximation du couple gaz moyen par la formule : Cest = A - S - cos avec Cest : estimation du couple gaz moyen A : constante S : somme déterminée à l'étape précédente, et : vitesse de rotation du moteur. 3 En variante, l'estimation du couple gaz moyen produit par le moteur peut être obtenue par : - intégration sur l'horizon de mesure inférieur à 360° de la multiplication d'une fonction f dépendant de la position angulaire avec le couple produit qui dépend lui aussi 5 de la position angulaire, la fonction f étant définie de telle sorte que : - l'intégration de la fonction f sur l'horizon de mesure est nulle, et - la fonction f n'est pas constante mais la valeur initiale de f (au début de l'horizon de mesure) et sa valeur finale (à la fin de l'horizon de mesure) sont nulles, et - la fonction f est positive sensiblement sur le même intervalle que le couple 10 produit. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse, la fonction f présente un profil trapézoïdal. De manière encore plus avantageuse, la fonction f se présente sous la forme d'une succession de segments linéaires et la position angulaire correspondant à chaque extrémité d'un segment linéaire correspond aussi à une position 15 angulaire d'une extrémité de dent réalisée sur une couronne solidaire d'un volant d'inertie ou d'un vilebrequin du moteur. Pour réaliser l'estimation du couple gaz moyen, il est possible de corriger les calculs présentés plus haut par un terme de type B * co2 c'est-à-dire : Cest = A * S * w3 + B * wZ avec B : constante. 20 Dans le procédé de gestion d'alimentation décrit ici, le couple gaz moyen de consigne peut être défini avec au moins un paramètre choisi dans l'ensemble des paramètres comportant la vitesse de rotation du moteur et les paramètres déterminant le débit d'air entrant dans le moteur, tel par exemple l'angle d'ouverture d'un papillon d'admission. 25 La présente invention concerne aussi un produit programme d'ordinateur, comprenant une série d'instructions de code pour la mise en oeuvre d'un procédé de gestion d'alimentation d'un moteur à combustion interne de type deux temps tel que décrit ci-dessus, quand il est mis en oeuvre par un calculateur. L'invention propose en outre un dispositif de gestion d'alimentation d'un 30 moteur à combustion interne de type deux temps comprenant : - un capteur de défilement de repères disposés sur une couronne solidaire d'un volant d'inertie ou d'un vilebrequin du moteur, - un calculateur électronique, - des moyens de réglage de la quantité de carburant à introduire à chaque 35 combustion dans un cylindre et/ou des moyens de réglage de la quantité d'air à introduire dans un cylindre, caractérisé en ce que 4 le calculateur électronique est configuré pour : - estimer un couple gaz moyen produit par le moteur sur un horizon de mesure prédéterminé inférieur à 360°, - comparer le couple gaz moyen estimé à l'étape précédente avec un seuil 5 déterminé à partir du couple gaz moyen de consigne défini à partir d'au moins un paramètre moteur, et - modification de consigne concernant une alimentation en air et/ou carburant si le couple gaz moyen est inférieur audit seuil. Enfin, l'invention concerne aussi un moteur à combustion interne de type deux 10 temps, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de gestion d'alimentation comme ci-dessus. L'invention sera mieux comprise avec la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé sur lequel : - la figure 1 illustre schématiquement un moteur avec un dispositif de gestion 15 de l'alimentation, - la figure 2 est une courbe schématique pour illustrer le principe d'un procédé de gestion de l'alimentation du moteur de la figure 1, et - la figure 3 est un organigramme pour la gestion de l'alimentation d'un moteur, notamment un moteur 2 temps. 20 La figure 1 illustre schématiquement en coupe longitudinale un moteur deux temps qui peut être monocylindre ou comporter plusieurs cylindres (en ligne sur la figure mais d'autres dispositions de cylindres peuvent être envisagées). De manière classique, le moteur comporte un carter 2 fermé par une culasse 4. Ces éléments définissent un cylindre 6 dans lequel coulisse un piston 8 qui entraine un 25 vilebrequin associé à un volant moteur 10. Une conduite d'alimentation en air 12 permet d'introduire de l'air dans le moteur. Un papillon 14 permet de modifier le débit d'air entrant. Le moteur est aussi alimenté en carburant par un injecteur 16. Une bougie 18 associée à une bobine d'allumage 20 permet de commander des combustions de mélange air/carburant dans le 30 moteur. On remarque que le volant moteur 10 comporte à sa périphérie des dents 22. Un capteur, par exemple un capteur inductif 24, est monté dans le carter 2 et détecte chaque passage de dent devant lui. Un repère parmi les dents 22 permet de déterminer une position particulière du volant moteur 10. 35 Le capteur inductif 24 fournit son signal à une unité de commande et de gestion 26 qui, en fonction des signaux reçus par le capteur inductif 24 ainsi que par d'autres capteurs non représentés, envoie à son tour des signaux de commande à des 5 unités telles qu'un actionneur agissant sur le papillon 14, que la bobine d'allumage 20 et que l'injecteur 16. Cette unité de commande et de gestion 26 peut bien entendu agir sur d'autres unités du moteur. Cette structure de moteur est rappelée sommairement car elle est bien 5 connue de l'homme du métier qui connait aussi de nombreuses variantes d'un tel moteur. L'invention concerne aussi bien un moteur tel qu'illustré que toutes ses variantes connues de l'homme du métier. Dans un moteur deux temps, une partie des gaz brûlés peut se mélanger à l'air frais entrant dans le moteur et venir perturber la combustion. Il convient dans un tel 10 moteur de détecter notamment lorsqu'une combustion n'a pas eu lieu pour pouvoir agir sur l'alimentation du moteur et éviter des ratés de combustion ultérieurs. Il est proposé ici de réaliser un contrôle moteur à partir d'une estimation du couple produit par une combustion, appelé aussi couple gaz moyen. Cette estimation doit alors permettre de déterminer les ratés de combustion. À partir de cette détermination, il 15 est possible d'agir sur l'alimentation du moteur pour éviter un raté de combustion ultérieur. La figure 2 montre une première courbe 30 correspondant à la mesure de la pression régnant dans le cylindre 6 en fonction du temps. En intégrant cette courbe, on obtient une grandeur représentative du couple produit par la combustion correspondante (ou couple gaz moyen) sur le vilebrequin. 20 En mesurant le produit de convolution d'une fonction f variant avec la position angulaire 0 du volant moteur 10 avec le couple instantané exercé par le piston 8 sur le vilebrequin, on obtient un résultat proportionnel au couple produit par la combustion. Soit alors C la fonction qui donne le couple instantané produit en fonction de la position angulaire 0 du volant moteur 10. 25 En réalisant le produit de convolution de la fonction f avec le couple C, on obtient : f (0)C (0)clO = I f (0)1 cet J est le moment d'inertie du système w est la vitesse de rotation (en radians par seconde ou rad/s) du moteur 30 Soit alors : 2 I f (0)C (9)de = I f (9)1(0 de =J f (6)1«) À partir de cette formule, on peut réaliser une intégration par parties. f' est la fonction dérivée de f 2 la fonction primitive de (6dEl) est .(0 -2 35 En intégrant sur un intervalle [81, 06] 6 fe: (es w2 f (0)c (9)(10 = (0).11996, - r(19)JT de e ei f est choisie de telle sorte que la valeur de f aux extrémités de l'intervalle concerné, c'est-à-dire en 01 et en 06, est nulle : il ne reste donc dans le deuxième terme de l'égalité ci-dessus que le deuxième élément : 96 CO2 96 w2 w3 °6 f'(8)J -2 dB = f ne» -2wdt = J-c°2 f f'(9)dt e, Pour la dernière égalité, on suppose que w est constante, ce qui est vrai en 5 première approximation au moins sur l'intervalle concerné. Il est proposé ici de prendre pour f la fonction illustrée par une seconde courbe 40 illustrée sur la figure 2. Il s'agit d'une fonction f préférée pour la présente application. Comme indiqué, il convient de choisir f de telle sorte que la valeur de f aux 10 extrémités de l'intervalle concerné, c'est-à-dire en 01 et en 06, est nulle. La fonction choisie est de préférence trapézoïdale. De manière encore préférée, les segments de la courbe 40 correspondant à la figure f ont soit une pente valant 1, soit une pente nulle, soit une pente valant -1. Les autres caractéristiques avantageuses de la courbe représentant f (ou de la fonction f) sont les suivantes : 15 - son intégrale est nulle sur l'intervalle [01, 06] - la forme de la courbe illustrative de f reprend sensiblement la forme de la courbe correspondant au couple produit sur la partie correspondant à la combustion dans le cylindre. L'intervalle [01, 06] est quant à lui choisi intégralement à l'intérieur d'un seul 20 cycle de combustion pour ne pas être perturbé par une autre combustion du moteur. La fonction f est aussi déterminée de telle sorte que tout d'abord les valeurs des extrémités, c'est-à-dire 01 et 06, soient des positions angulaires correspondant à un flanc d'une dent 22 sur le volant moteur 10. Ensuite, on choisit aussi les points où la pente de f change de telle sorte qu'ils correspondent à un flanc d'une dent 22. Dans l'exemple 25 illustré, on a donc six valeurs angulaires 0, définissant la fonction f dans sa forme de réalisation préférée : entre 01 et 02, f est croissante de pente 1 entre 02 et 03, f est constante (pente nulle) entre 03 et 04, f est décroissante de pente -1 30 entre 04 et 05 f est constante (pente nulle), et entre 06 et 06, f est croissante de pente 1, avec f(01) = f(06) = 0 7 À chaque position angulaire 0,, on fait correspondre un temps de passage I,. Le capteur inductif 24 permet de connaitre les temps de passage de chaque dent devant lui. Ainsi, le capteur inductif 24 permet de connaitre tous les temps de passage L. Comme indiqué plus haut, le produit de convolution f9, f (0)c(o)cle el 5 est proportionnel au couple produit sur l'intervalle [01, 06]. On a vu qu'en première approximation au moins, ce produit de convolution vaut w3 196 I r (0)dt 2 61 En multipliant ce produit de convolution par une constante, on obtient alors le couple produit sur l'intervalle considéré. On peut appeler T0 cette constante. 10 Dans le cas préféré de la fonction f trapézoïdale définie plus haut, on obtient pour le couple produit sur l'intervalle [01, 06] la valeur suivante : CO3 TQ *17 (T6- T5 - T4 ± T3 - Ty T1) OU w3 TQ * J -2 (d0 - dl + d2) Les valeurs T, sont données par le capteur inductif 24 qui permet aussi de 15 connaitre la vitesse de rotation du moteur w. Ainsi, la connaissance des temps de passages de six dents et la vitesse de rotation du moteur permettent de donner une première approximation du couple produit dans le moteur par une combustion (ou couple gaz moyen). Cette approximation peut être suffisante notamment lorsque le couple résistif 20 lié à la contrepression dans le carter 2, en dessous du piston 6, est faible. Ce couple résistif peut alors aussi être pris en compte dans la constante (par exemple TQ ou J) utilisée pour calculer le couple gaz moyen. Bien entendu, il y a aussi un couple résistant lié aux frottements. Un tel couple a une partie constante et une partie alternative liée à la rotation du moteur. Ici aussi, on 25 peut intégrer cet autre couple résistif dans la constante utilisée pour calculer le couple gaz moyen. Le calcul ci-dessus considère aussi que la charge exercée sur le moteur est constante pendant les mesures. 8 Pour tenir compte des couples résistants en provenance du piston 8 et de son embiellage, une correction peut être apportée à la détermination du couple gaz moyen. Cette correction dépend de la vitesse de rotation au carré et s'exprime par exemple sous la forme : 5 Kp " w2. La figure 3 illustre un procédé permettant une gestion d'un moteur, notamment un moteur deux temps, à partir du calcul (estimation) de couple ci-dessus. Ce procédé est mis en oeuvre dès que le moteur fonctionne par exemple par l'unité de commande et de gestion 26 de la figure 1. 10 La forme de la courbe 40 est mémorisée dans l'unité de commande et de gestion 26. Comme indiqué, les points remarquables de cette courbe correspondent à des dents 22 du volant moteur 10. À chaque combustion, le capteur inductif 24 détecte le passage de chaque dent, et donc aussi les passages des dents correspondant à la courbe 40. Ainsi, les temps de passage Tn, n variant de 1 à 6 sont mémorisés. 15 Dès que les six valeurs T, sont acquises, l'unité de commande et de gestion 26 calcule la valeur E = T6 - T5 - 14 T3 +12 - Ti. Ce calcul est effectué à l'étape 100 (figure 3). À partir de cette valeur E, il est possible de calculer le couple produit par la combustion correspondante. Ce couple gaz moyen est estimé à l'étape 200. Il convient ici 20 de déterminer, à partir du signal fourni par le capteur inductif 24 la vitesse de rotation w du moteur. Le couple gaz moyen estimé Cep, est obtenu par la formule : Cest = Kc * ct)3* E où Kc est une constante. Dans une forme de réalisation préférée, il est aussi possible à l'étape 200 de 25 préciser d'affiner l'estimation du couple et d'introduire dans le calcul les couples résistants provenant du piston et de son embiellage. Soit alors C'est la valeur estimée du couple correspondant à la combustion : C'est = Kc * (03* E + Ke * co2 La valeur Cest ou C'est est alors comparée à un seuil à l'étape 300. Ce seuil est 30 fonction de la consigne de couple demandée au moteur. Cette consigne est par exemple déterminée à partir de la charge du moteur et de sa vitesse de rotation. Cette dernière, w, est donnée par le capteur inductif 24 en coopération avec l'unité de commande et de gestion 26. La charge quant à elle peut être donnée par la position d'ouverture du papillon 14 dans la conduite d'alimentation en air 12. Cette position est appelée TPS sur la figure 35 3. Si le couple gaz moyen estimé (Cest ou C'est) est inférieur au seuil fixé, qui peut correspondre à un pourcentage de la valeur de consigne déterminée en fonction de la 9 vitesse de rotation ce du moteur et de la position TPS du papillon 14, alors il convient d'agir sur l'alimentation du moteur (étape 400). Par contre, si le seuil fixé est dépassé, aucune action n'est menée et le procédé est mis en oeuvre pour la combustion suivante. 5 Le procédé proposé ici permet de réagir rapidement sur l'alimentation du moteur pour éviter des ratés de combustion. Il convient en effet de choisir un intervalle de mesure, ou horizon de mesure, correspondant à l'intervalle [13,, lad évoqué plus haut ne venant pas empiéter sur la combustion suivante. Les calculs à effectuer étant simples et pouvant être effectués dès que le dernier temps de passage de la dernière dent concerné 10 est connu, il peut être possible déjà d'agir sur l'alimentation de la combustion suivante. Le procédé proposé peut donc être très réactif. Ce procédé peut être utilisé sur tout type de moteur deux temps, même un moteur monocylindre. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas au procédé et au système 15 correspondant décrits ci-dessus à titre d'exemple non limitatif mais elle concerne aussi les variantes de réalisation à la portée de l'homme REVENDICATIONS1. Procédé de gestion d'alimentation d'un moteur à combustion interne de type deux temps, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - estimation du couple gaz moyen produit par le moteur sur un horizon de mesure prédéterminé inférieur à 360°, - comparaison du couple gaz moyen estimé à l'étape précédente avec un seuil déterminé à partir du couple gaz moyen de consigne défini à partir d'au moins un paramètre moteur, et - modification de consigne concernant une alimentation en air et/ou carburant si le couple gaz moyen est inférieur audit seuil. 2. Procédé de gestion d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'estimation du couple gaz moyen produit par le moteur est obtenue par la mise en oeuvre des étapes suivantes : - détermination à l'aide d'un capteur de défilement des temps de passage de six repères de mesure disposés sur une couronne solidaire d'un volant d'inertie ou d'un vilebrequin 15 du moteur, chaque repère correspondant par exemple à un front -montant ou descendant- d'une dent réalisée sur ledit volant d'inertie ou vilebrequin, - calcul d'une somme correspondant à l'intervalle de temps entre le passage du premier repère et le passage du deuxième repère, diminué du temps entre le passage du troisième repère et le passage du quatrième repère et augmenté du temps entre le 20 passage du cinquième repère et le passage du sixième repère, - première approximation du couple gaz moyen par la formule : Ces, = A * S " o? avec Ces, : estimation du couple gaz moyen 25 A : constante S : somme déterminée à l'étape précédente, et w : vitesse de rotation du moteur. 3. Procédé de gestion d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'estimation du couple gaz moyen produit par le moteur est obtenue par : 11 - intégration sur l'horizon de mesure inférieur à 360° de la multiplication d'une fonction f dépendant de la position angulaire avec le couple produit qui dépend lui aussi de la position angulaire, la fonction f étant définie de telle sorte que : 5 - l'intégration de la fonction f sur l'horizon de mesure est nulle, - la fonction f n'est pas constante mais la valeur initiale de f (au début de l'horizon de mesure) et sa valeur finale (à la fin de l'horizon de mesure) sont nulles, et - la fonction f est positive sensiblement sur le même intervalle que le couple produit. 4. Procédé de gestion d'alimentation selon la revendication 3, caractérisé en ce 10 que la fonction f présente un profil trapézoïdal. 5. Procédé de gestion d'alimentation selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fonction f se présente sous la forme d'une succession de segments linéaires et en ce que la position angulaire correspondant à chaque extrémité d'un segment linéaire correspond aussi à une position angulaire d'une extrémité de dent réalisée sur une couronne solidaire d'un volant d'inertie ou d'un vilebrequin du moteur. 6. Procédé de gestion d'alimentation selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'estimation du couple gaz moyen est corrigée par un terme de type B * coz, c'est-à-dire : Ces, = A * S * co3 + B * 032 20 avec B : constante. 7. Procédé de gestion d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le couple gaz de consigne est défini avec au moins un paramètre choisi dans l'ensemble des paramètres comportant la vitesse de rotation du moteur et les paramètres déterminant le débit d'air entrant dans le moteur, tel par exemple l'angle 25 d'ouverture d'un papillon d'admission. 8. Produit programme d'ordinateur, comprenant une série d'instructions de code pour la mise en oeuvre d'un procédé de gestion d'alimentation d'un moteur à combustion interne de type deux temps selon l'une des revendications 1 à 7, quand il est mis en oeuvre par un calculateur. 30 9. Dispositif de gestion d'alimentation d'un moteur à combustion interne de type deux temps comprenant : - un capteur de défilement de repères disposés sur une couronne solidaire d'un volant d'inertie ou d'un vilebrequin du moteur, 12 - un calculateur électronique, - des moyens de réglage de la quantité de carburant à introduire à chaque combustion dans un cylindre et/ou des moyens de réglage de la quantité d'air à introduire dans un cylindre, 5 caractérisé en ce que le calculateur électronique est configuré pour : - estimer un couple gaz moyen produit par le moteur sur un horizon de mesure prédéterminé inférieur à 360°, - comparer le couple gaz moyen estimé à l'étape précédente avec un seuil déterminé à 10 partir du couple gaz moyen de consigne défini à partir d'au moins un paramètre moteur, et - modification de consigne concernant une alimentation en air et/ou carburant si le couple gaz moyen est inférieur audit seuil. 10. Moteur à combustion interne de type deux temps, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de gestion d'alimentation selon la revendication 9. 15