Brevet FR3087495A1 — publié le 20200424

L'invention se rapporte au domaine des moteurs thermiques, et concerne plus particulièrement un procédé de contrôle du régime d'un moteur thermique de véhicule fonctionnant à régime constant. L'invention vise en particulier à limiter les changements de régime moteur non souhaités, afin de limiter les risques d'endommagement du moteur ou de tout équipement qui serait alimenté électriquement par ledit véhicule. De manière connue, un moteur thermique de véhicule comprend un ou plusieurs cylindres creux délimitant chacun une chambre de combustion dans laquelle est injecté un mélange d'air et de carburant. Ce mélange est compressé dans le cylindre par un piston et enflammé de manière à provoquer le déplacement du piston en translation à l'intérieur du cylindre. Le déplacement des pistons dans chaque cylindre du moteur entraine en rotation un arbre moteur appelé « vilebrequin » permettant, via un système de transmission, d'entrainer en rotation les roues du véhicule. La vitesse de rotation du vilebrequin définie le régime moteur du véhicule. En effet, plus le vilebrequin tourne à une vitesse de rotation élevée, plus le régime moteur est élevé. L'air du mélange est injecté dans la chambre de combustion par l'intermédiaire d'une ou plusieurs soupapes d'admission, reliées chacune à un conduit d'admission d'air. De telles soupapes d'admission sont régulièrement ouvertes et fermées, de manière à permettre le passage d'une quantité prédéterminée d'air, provenant d'une boîte à air reliée en amont à une prise d'air extérieur et en aval à un ou plusieurs boîtiers comprenant au moins un clapet d'ouverture, communément désigné « papillon monté rotatif autour d'un axe. Un tel boîtier, connu sous la désignation de « boîtier papillon », est configuré pour permettre l'admission d'air dans le conduit d'admission d'une chambre de combustion d'un cylindre du moteur. Le papillon est configuré pour être ouvert ou fermé de manière à permettre le passage d'une quantité d'air en fonction de l'angle d'ouverture du papillon, un tel angle d'ouverture étant mesuré par un capteur de position angulaire connu sous la désignation TPS, signifiant « Throttle Position Sensor » en langue anglaise. A cette fin, le papillon est entraîné en rotation par un actionneur comprenant un moteur électrique commandé par le calculateur du véhicule et relié à une pluralité d'engrenages permettant d'entrainer le papillon en rotation autour de son axe. De manière connue, lorsque le conducteur du véhicule appuie sur la pédale d'accélérateur, l'information est envoyée au calculateur du véhicule qui commande le moteur électrique du boîtier papillon de manière à contrôler l'ouverture du papillon. Une 35 telle ouverture du papillon permet l'admission d'une quantité d'air plus importante dans la 2 chambre de combustion. Le calculateur commande alors en parallèle le système d'injection de carburant du véhicule à partir de la lecture du débit d'air aspiré dans la chambre de combustion, mesuré au moyen d'un capteur de mesure de débit monté dans le boîtier papillon. En cas d'accélération, une quantité plus importante de carburant est 5 injectée dans la chambre de combustion, entraînant alors une augmentation de la puissance du moteur. Dans le cas d'un véhicule automobile, le régime moteur fluctue en fonction par exemple de la vitesse du véhicule ou du couple nécessaire au moteur pour conserver sa vitesse, par exemple lorsque le véhicule est dans une montée. Cependant, il est connu également des moteurs dont le régime doit rester 10 constant pour fonctionner. En effet, de manière connue, un véhicule fonctionnant à régime constant, par exemple un générateur ou une tondeuse à gazon, doit conserver un régime régulier, de manière à limiter les disfonctionnements. A titre d'exemple, il convient de limiter les fluctuations de l'énergie fournie par un générateur, dont une augmentation peut entrainer l'endommagement des équipements connectés électriquement audit générateur. 15 De même, dans le cas d'une tondeuse à gazon, il est nécessaire de contrôler le régime moteur afin d'éviter un fort ralentissement du moteur quand la tondeuse arrive par exemple dans des herbes hautes. Pour cela, il est connu d'utiliser un système de régulation mécanique ou électronique afin pour permettre la régulation du régime moteur. 20 Certains moteurs sont par exemple équipés d'un carburateur, dont la fonction principale est de moduler la quantité de mélange et de carburant introduite dans la chambre de combustion. Pour cela, le carburateur est relié au vilebrequin par un ressort sous tension. Lorsque le régime moteur diminue, par exemple dans le cas d'une tondeuse arrivant dans les herbes hautes, le vilebrequin tourne à une vitesse plus faible et libère le 25 ressort relié au carburateur, entrainant l'ouverture du papillon de régulation afin d'augmenter et de rétablir de nouveau le régime du moteur. Cependant, de tels systèmes nécessitent que le régime moteur fluctue notablement pour fonctionner, ce qui présente un inconvénient majeur. En effet, lorsque les systèmes de régulation se mettent en fonctionnement, le régime s'est déjà écroulé. 30 Aussi, la régulation du régime ne peut être instantanée et le régime moteur se rétablit progressivement, ce qui présente notamment des risques de détérioration du moteur. Il est également connu d'utiliser un système de régulation électronique du papillon, par exemple des applications intégrées au calculateur du véhicule et configurées pour contrôler électroniquement la position angulaire du papillon, et donc pour réduire l'arrivée d'air dans la chambre de combustion, de manière à limiter le régime moteur. A titre d'exemple, lorsque le calculateur du véhicule détecte une augmentation du régime du moteur, l'application contrôle la fermeture du papillon de régulation de manière à limiter la 3 quantité de mélange d'air et de carburant introduite dans la chambre de combustion et réduire ainsi le régime moteur. Cependant, un délai de réponse est nécessaire pour que l'application soit activée et débute le contrôle de la position de l'actionneur, entrainant régulièrement un 5 dépassement et des oscillations temporaires du régime moteur. Or, ce dépassement et ces oscillations peuvent présenter un risque d'usures prématurées du moteur, ce qui présente là encore des inconvénients importants. De plus, les systèmes de régulation de l'art antérieur contrôlent le régime du moteur en commandant une position angulaire du papillon prédéterminée qui ne 10 correspond pas nécessairement à la charge nécessaire pour rétablir le régime du moteur. De tels systèmes de régulation fonctionnent ainsi par tâtonnement en réajustant régulièrement la charge permettant de réguler le régime moteur en fonction de la réponse faite à la charge précédente. De telles étapes successives peuvent nécessiter un temps significativement long, ce qui augmente les risques d'endommager le moteur. 15 L'invention a donc pour but de remédier au moins en partie à ces inconvénients en proposant une solution simple, fiable, efficace et rapide du contrôle du régime moteur. L'invention vise en particulier un procédé permettant de s'adapter rapidement à l'application d'une charge extérieure appliquée sur moteur et qui en modifie le régime. 20 A cette fin, l'invention a tout d'abord pour objet un procédé de contrôle d'un régime d'un moteur thermique de véhicule, ledit moteur comprenant au moins une chambre de combustion, dans laquelle est injecté un mélange d'air et de carburant, et une boite à air, configurée pour injecter l'air dans ladite chambre de combustion et présentant un débit d'air contrôlé par un papillon de régulation, ledit papillon de régulation présentant 25 une position angulaire variable, commandée par une position prédéterminée d'un actionneur, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : - évaluation ou calcul d'un couple résistant dit REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle d'un régime d'un moteur ( thermique de véhicule, ledit moteur (1) comprenant au moins une chambre de combustion (11A), dans laquelle est injecté un mélange d'air et de carburant, et une boite à air (22); configurée pour injecter l'air dans ladite chambre de combustion (11A) et présentant un débit d'air contrôlé par un papillon de régulation (21), ledit papillon de régulation (21) présentant une position angulaire variable, commandée par une position prédéterminée d'un actionneur (23), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : se évaluation (El) d'un couple résistant dit « de charge » (TO_Load) résultant d'au moins une charge extérieure appliquée audit moteur (1), de manière à compenser ledit couple résistant de charge (TO_Load), - détermination (E2), à partir dudit couple résistant de charge (TQ_Loaci) évalué, d'une position dudit actionneur (23), de manière à déterminer une position angulaire du papillon de régulation (21). et es commande (E3) de l'actionneur (23) dans la position déterminée de ma contrôler ledit régime moteur. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape (El) d'évaluation dudit couple résistant de charge (TQ_Load) comprend les sous étapes de : is calcul (F1) d'un couple moteur dit « d'accélération » (TiCt_A résultant d'une accélération du moteur (1), - détermination (F2) d'un couple résistant dit « de frottement » (Ta_Fr) résultant d'une pluralité de frottements dans le moteur (1), ei calcul d'un couple moteur dit « de combustion (TQ_Ind) résultant de la combustion dudit mélange d'air et de carburant dans ladite au moins une chambre de combustion (11A), et e calcul du couple résistant de charge (TO_Load) à partir du couple moteur de combustion (TO_Ind); du couple moteur d'accélération (TQ_Acc) et du couple résistant de frottement (TO_Fr). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel ledit moteur (1) comprenant un vilebrequin (13) caractérisé par une position angulaire à partir d'une position de référence, ladite au moins une chambre de combustion (11A) présentant une phase de combustion, le calcul du couple moteur de combustion (Ta_ind) comprend les étapes de 21 O détermination (F3) d'un estimateur de couple, ledit estimateur correspondant à une suite de segments (S), reliés entre eux entre un point initial (A) et un point final (B), et caractérisée par une pluralité de points remarquables, chaque segment (S) étant représentatif d'une variation de valeurs du couple au cours de 5 la phase de combustion, ladite pluralité de points remarquables comprenant le point initial (A), une pluralité de points d'inflexion (I) reliant les segments (S) entre eux et le point final (B), ® corrélation (F4) entre le point initial (A); chaque point d'inflexion (I) et le point final (B) et une position angulaire du vilebrequin (13); 10 a mesure (F5) d'une pluralité d'instants (T), chaque instant (T) correspondant à une position angulaire du vilebrequin (13), et a calcul (F6) du couple moteur de combustion, à partir de ladite pluralité d'instants (T) mesurés. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel, le moteur (1) présentant un 15 cycle moteur (CM) complet comprenant au moins une phase de combustion, ladite courbe représentant l'évolution du cycle moteur (CM) complet, la détermination dudit estimateur est réalisée pour une première portion de ladite courbe comprenant ladite au moins une phase de combustion, de manière à déterminer un premier estimateur de ladite première portion de courbe. 5. Procédé scion la revendication 4, dans lequel, la première portion de courbe comprenant le point initial (A), quatre points d'inflexion (11, 12, 13, 14) et le point final (B), le premier estimateur dépend de six instants (ri, T2, T3, T4, -1-5, T6) et permet le calcul du couple moteur de combustion (TO_Ind) à partir d'une première équation s'écrivant de la manière suivante 25Ir, (T6 - TS - T4 + 7'3 + T2 - T1.;)0 N3 dans laquelle : ^ k est un facteur dépendant de l'inertie du moteur (1) thermique, - N correspond à un régime moteur mesuré au moyen de la position n, du vilebrequin (13) au cours du cycle moteur (CM), 30 ® T1 correspondant :à l'instant du point initial (A) du premier estimateur, - T2 à T5 correspondant respectivement aux instants des quatre points d'inflexion (11, 12, 13, 14) depuis le point initial (A) jusqu'au point final (B) du premier estimateur. et ® T6 correspondant à l'instant du point final (A) du premier estimateur. 22 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, le moteur (1) présentant un cycle moteur (CM) complet comprenant au moins une phase de combustion, ladite courbe représentant révolution du cycle moteur (CM) complet, le calcul du couple moteur de charge (TO_Load) est réalisé pour une deuxième portion de ladite courbe ne comprenant 5 pas ladite au moins une phase de combustion et comprend une estimation d'un couple de charge basé sur la prise en compte des instants remarquables de ladite deuxième portion de courbe et une détermination de la position de l'actionneur en fonction de ce couple de charge estimé et du régime de rotation moteur. 7. Procédé selon la revendication 6; dans lequel; la deuxième portion de courbe 10 comprenant le point initial (A), deux points d'inflexion (Il , 12) et le point final, l'estimateur dépend de quatre instants (Tl, T2, T3, T4i) et permet le calcul du couple résistant de charge (TO_Load) à partir d'une deuxième équation s'écrivant de la manière suivante : TQ_Loced = k * (1T4 - T3 - T2 + Ti) N` dans laquelle : 15 w k est un facteur dépendant de l'inertie du moteur (1) thermique, - N correspond à un régime moteur mesuré au moyen de la position angulaire du vilebrequin (13) au cours du cycle moteur (CM), et - Ti correspondant à l'instant du point initial (A) de l'estimateur, s T2 et T3 correspondant respectivement aux instants des deux points 20 d'inflexion (11,12) depuis le point initial (A) jusqu'au point final (B) de l'estimateur, et oT4coKeSpoAU8At à l'instant du point final (B) de l'estimateur. 8. Procède selon l'une des revendications 2 à 5; dans lequel le couple résistant de frottement (TQ__Fr) correspond à une valeur de couple prédéterminée, 25 9. Calculateur (30) de véhicule, ledit véhicule comprenant un moteur (1) comprenant au moins une chambre de combustion (11A), dans laquelle est injecté un mélange d'air et de carburant, et une boite à air (22), configurée pour injecter l'air dans ladite chambre de combustion (11A) et présentant un débit d'air contrôlé par un papillon de régulation (21), ledit papillon de régulation (21) présentant une position angulaire 30 variable; commandée par une position prédéterminée d'un actionneur (23), ledit calculateur (30) étant configure pour : » calculer un couple résistant dit « de charge » (T0 jLoad) résultant d'une pluralité de charges extérieures appliquées sur ledit moteur (1), 23 déterminer, à partir dudit couple résistant de charge (TQ. J..oad) calculé, une position dudit actionneur (23), de maniere à déterminer une position angulaire du papillon de régulation (21), et a commander l'ac(ionneur (23) dans la position déterminée de manière à réguler le régime moteur. 10. Véhicule comprenant un moteur (1), présentant un régime moteur constant, et un calculateur (30) selon la revendication précédente.