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WO2025068007A1 - Procédé de gestion d'un moteur thermique en phase de calage - Google Patents

Procédé de gestion d'un moteur thermique en phase de calage Download PDF

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WO2025068007A1
WO2025068007A1 PCT/EP2024/076178 EP2024076178W WO2025068007A1 WO 2025068007 A1 WO2025068007 A1 WO 2025068007A1 EP 2024076178 W EP2024076178 W EP 2024076178W WO 2025068007 A1 WO2025068007 A1 WO 2025068007A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
engine
compression
crankshaft
cylinder
ignition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2024/076178
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English (en)
Inventor
Xavier Moine
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority to CN202480039542.1A priority Critical patent/CN121358939A/zh
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    • F02N2300/20—Control related aspects of engine starting characterised by the control method
    • F02N2300/2006—Control related aspects of engine starting characterised by the control method using prediction of future conditions

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for managing a heat engine.
  • the present disclosure relates to the field of the control of internal combustion engines, or heat engines. It relates more particularly to four-stroke engines, that is to say engines for which a complete combustion cycle in a cylinder is carried out over two revolutions of the crankshaft. In such an engine, there is a direction of rotation provided during the design of the engine which must be respected for the proper functioning of the engine.
  • the technical problem at the origin of the present disclosure is to prevent the engine from being driven by combustion in the opposite direction (also called reverse rotation) to the direction of proper operation of the engine.
  • the present disclosure therefore aims to provide a solution for effectively preventing combustion in a thermal engine (four-stroke) from driving said engine in its opposite direction of rotation.
  • This solution will preferably be software-based, i.e. it will not require the installation of additional physical elements or having to choose particular elements.
  • this solution will be fast with little inertia, i.e. it will also be effective even at relatively high speeds.
  • a method for managing a thermal engine in the stalling phase comprising at least one cylinder and a piston sliding in each cylinder, the movement of each piston making it possible to drive in rotation a crankshaft provided with a target with teeth associated with a sensor detecting the passage of the teeth to indicate the angular position of said crankshaft and its rotation speed.
  • said method comprises the following steps:
  • Such a method has proven to be particularly effective and does not require specific hardware components. It can be used on any type of engine (four-stroke with spark ignition).
  • the estimation of the engine load can be calculated by decomposing said load as being the sum of a compression resisting torque corresponding to a compression in the cylinder considered and an overall load integrating loads internal to the engine and loads exerted on a vehicle in which the engine is mounted, and an estimation of said overall load can be carried out at the start of the compression phase, neglecting the effect of compression on a deceleration of the engine, by determining the ratio between a variation in the rotational speed of the engine over a time interval and the length of said interval.
  • the estimation of the rotational speed of the crankshaft at the passage of the top dead center at the end of compression is made iteratively.
  • the compression resisting torque takes into account, on the one hand, the pressure in a combustion chamber associated with the cylinder concerned, assuming that the compression is adiabatic and knowing the pressure at the start of compression and, on the other hand, taking into account the atmospheric pressure exerted on one side of the piston considered opposite the combustion chamber; and/or
  • a computer program comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the latter to implement all the steps of a method described above.
  • a non-transitory, computer-readable recording medium characterized in that a computer program defined above is recorded on said medium.
  • an electronic system for managing an internal combustion engine comprising:
  • crankshaft sensor configured to detect the passages of the teeth of a crankshaft target
  • a computer equipped with electronic memory configured to:
  • the present disclosure also relates to a vehicle (with two, three or four wheels, or even more) comprising a four-stroke internal combustion engine with:
  • crankshaft equipped with a target and associated with a crankshaft sensor
  • controlled ignition system characterized in that it comprises an electronic system as defined above.
  • FIG. 1 shows rotational speed curves of a motor on a diagram with angular positions on the abscissa and rotational speeds on the ordinate.
  • FIG. 2 shows corresponding torque curves illustrating variations in compression torque in a cylinder for different cylinder pressures at the start of a compression cycle.
  • FIG. 3 shows a flowchart of a method proposed by the present disclosure according to an advantageous embodiment.
  • FIG. 4 schematically shows a vehicle in which a method according to the present disclosure can be implemented. Description of the embodiments
  • a new approach is proposed here for detecting possible involuntary stalling (not requested by the driver) and avoiding controlling combustion which would cause the engine to run in the opposite direction to that in which it is running.
  • This proposal relates more particularly to a spark-ignition engine in which an ignition system makes it possible to create a spark in a combustion chamber to trigger combustion of a fuel/oxidant mixture (generally gasoline/air).
  • a combustion engine stops running when its energy/inertia does not allow it to compress air (pure or mixed) in a combustion chamber (there are rarely two cylinders operating in phase: this concerns engines with a large number of cylinders, in particular eight or more). If a piston in a cylinder does not reach its top dead center at the end of the compression phase and combustion is triggered, then the engine will be driven into rotation in the opposite direction. Such a situation must be avoided. It should be predicted well in advance in the case of a controlled combustion engine. Indeed, to trigger a spark in the combustion chamber, it is most often necessary to charge an induction coil. This therefore requires a charging time and this is not negligible.
  • This charging time can be expressed in seconds (more precisely in milliseconds) or in degrees of engine rotation angle.
  • the rotation angle concerned is relatively high.
  • a decision must be made regarding ignition in a cylinder approximately 80 to 45°CRK before passing through top dead center at the end of compression in said cylinder. It is therefore necessary to determine beforehand whether the engine risks stalling.
  • the load applied to the engine TQ_Ch can be determined for example by observing the variation of the engine rotation speed outside of a compression phase. This can be done when the intake valve is still open.
  • the resistive torque due to the compression of the air TQ_Comp can be estimated by assuming that the compression achieved is adiabatic.
  • the pressure in the cylinder, and therefore the resistive action on the piston, and therefore the resistive torque exerted can be determined from the pressure prevailing in the chamber at the start of compression (from the closing of the intake valve) and the angular position of the engine (compression ratio achieved).
  • Figure 1 illustrates, in the case of engine deceleration, several curves illustrating the engine rotation speed as a function of the engine's angular position.
  • position 0 corresponds to the top dead center at the end of compression (TDC) for the cylinder considered.
  • TQ_Ch J (d(N) / dt)
  • TQ_Ch is the torque (usually in Nm)
  • J is a moment of inertia (usually in kgm)
  • N is the rotational speed (usually in radians per second: rad/s), with d(N)/dt being the derivative of the rotational speed with respect to time, or variation of the rotational speed over time.
  • the engine rotation speed corresponds to the rotation speed of a crankshaft to which the engine pistons are connected by connecting rods.
  • This crankshaft is provided with a circular toothed target, with similar teeth equally distributed around the periphery of the target. Often, one tooth is provided every 6° around the periphery of the target (i.e. theoretically 60 teeth) with however two missing teeth to create a singularity at the periphery of the target and thus identify each crankshaft revolution.
  • the compression before top dead center is an adiabatic compression.
  • the pressure in the combustion chamber then depends only on the pressure at the start of the compression and the geometry of the combustion chamber.
  • the pressure in the chamber is during this compression proportional to the pressure prevailing in it at the start of the compression.
  • the resistive torque throughout the compression phase can be estimated using a table giving values for each angular position of the engine, said values being to be multiplied by the initial pressure at the start of the compression phase.
  • VVT Variable Valve Timing in English, also known by the acronym VVT
  • TQ_Comp is a compression-related couple
  • MAP is the pressure in the combustion chamber at the moment the intake valve closes (this pressure corresponds to the pressure prevailing in the engine at the air intake and can therefore be measured by a pressure sensor), and
  • FCT(Crk) is a function depending only on the angular position (Crk) of the motor.
  • N(n) N(n-1) - [TQ_Ch + MAP*FCT(Crk) - TQ_Atm] / N(n-1) [Formula (1)]
  • This figure shows three curves representing the variation in torque due in the combustion chamber during the 180°CRK (crankshaft rotation angle) before the top dead center at the end of compression. These curves correspond to three cases for which three distinct pressures prevail in the chamber combustion at the time of closing the intake valve.
  • curves formed by a succession of segments correspond to the variation of the torque due to the pressure by performing an iterative calculation.
  • each curve formed by a succession of segments is close to the real curve. This comparison makes it possible to validate the formula given above for calculating the engine rotation speed.
  • a step 100 makes it possible to monitor the passage of the engine to a bottom dead center located 180°CRK (i.e. half a crankshaft revolution) before a top dead center at the end of compression (TDC). From this passage through said bottom dead center, the MAP pressure of the admitted air is measured.
  • a step 200 determines, in particular as a function of the last measured rotation speed of the engine N, whether the engine is potentially at risk of stopping.
  • the rotation speed N is compared to a limit value which may depend in particular on the phase in which the engine is located. For example, a limit value is provided for the engine start-up phase and another limit value for continuous operation.
  • step 100 of monitoring the position of the motor If there is no risk of stalling (option 0), the method returns to step 100 of monitoring the position of the motor.
  • a step 300 analyzes the position of the engine. Depending on the engine, an angular position value is monitored, for example 90°CRK before the top dead center at the end of compression (TDC). When this value is reached (option 1), a calculation of the engine load TQ_Ch is carried out, for example as explained above, using the last readings of rotation speed N and passage time (or length of the time interval between two successive passages of teeth of the crankshaft target) T.
  • an initialization step INI is performed. This step is the beginning of the iterative calculation presented above. It involves calculating the estimated rotation speeds for the teeth to come up to the top dead center at the end of the upcoming compression. The speed value is initialized (N(0)) by taking the value of the last rotation speed measured at the last tooth passage in front of the crankshaft target.
  • the next step consists of calculating N(1) then the other values N(n) corresponding to the teeth to come up to the TDC.
  • a loop is thus carried out as long as at a step 500 the value of n does not yet correspond to the tooth corresponding to the TDC.
  • the values N(n+1) can be calculated from the initialized N(n) values or calculated according to Formula (1) given above for example.
  • a value N(TDC) is obtained which corresponds to an estimated value of the rotation speed during the next passage to top dead center at the end of compression for the engine.
  • this measurement phase corresponds to a range P1 which can be considered as a phase of analysis of the behavior of the engine.
  • This phase ends (step 600) when a decision must be made: can the next combustion occur normally or should the instructions to be sent to an ignition system be modified?
  • Step 600 is used to check when the engine passes through a DEC position (which can be variable).
  • the DEC position depends on the engine and its ignition system. This position thus depends in particular on the time required to charge an ignition coil (range P2) and also on the range P3 corresponding to the possible angular values for the ignition control (ignition advance).
  • N_PRED a rotation speed
  • the latter may be equal to the last calculated N(TDC) value or if several N(TDC) values have been calculated, said N_PRED value may be determined from these values. It may be, for example, an average value, or a minimum value. Having several predictions also makes it possible to eliminate a value that stands out from the others and would therefore be implausible.
  • the N_PRED value is then compared with at least one limit value.
  • N_PRED value is below this limit, it can be decided for example that there will be no ignition. The coil is then not charged. Otherwise, the ignition is controlled normally with the programmed ignition advance and the expected coil charging time.
  • This method can for example be implemented by an electronic unit on board a vehicle, for example a motor vehicle or a motorcycle, or a leisure vehicle (commonly called a quad).
  • This electronic unit can be called a management unit or calculator and is also known by the English acronym CPU.
  • a vehicle V powered by an engine M, said engine being electronically managed by at least one electronic unit CPU.
  • the proposed solution is purely software-based and does not require any additional sensors compared to the sensors usually used in a four-stroke engine: a simple crankshaft sensor is suitable and a simple ignition coil control.
  • the solution also works (especially) for engines with low inertia (single-cylinder) and/or equipping light vehicles (two-wheelers for example).
  • the process described above is (very) responsive and works even at relatively high speeds.
  • the engine load is estimated well before the arrival of a top dead center at the end of compression and thus allows a reliable calculation of said load.
  • the reliability of the method is due in particular to the fact that the parameters involved, such as the inertia of the motor and its geometry, are physical characteristics which do not vary. In addition, a single determination of the predicted speed may be sufficient to be effective.
  • An advantage of the method proposed here is also that the prediction can be made well upstream of the top dead center, in particular before any action on the ignition coil, the charging time of which can sometimes prove limiting for other solutions of the prior art.

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Abstract

Procédé de gestion d'un moteur thermique en phase de calage, comportant les étapes suivantes : - en phase de compression dans un cylindre, estimation de la charge du moteur par comparaison des temps de passage de deux dents successives de la cible, - estimation de la vitesse de rotation du vilebrequin au passage du point mort haut en fin de compression en fonction, d'une part, de la charge du moteur et, d'autre part, de la pression dans le cylindre en début de compression, et - action sur un allumage commandant une combustion de carburant dans le cylindre concerné en fonction de l'estimation faite de la vitesse et d'au moins un seuil de vitesse de rotation prédéterminé, l'action pouvant être un retardement du début de la charge d'une bobine d'allumage, une modification de l'angle d'allumage ou une coupure de l'allumage.

Description

Description
PROCÉDÉ DE GESTION D’UN MOTEUR THERMIQUE EN PHASE DE CALAGE
[0001] La présente divulgation concerne un procédé de gestion d’un moteur thermique.
Domaine technique
[0002] La présente divulgation relève du domaine du contrôle des moteurs à combustion interne, ou moteurs thermiques. Elle concerne plus particulièrement les moteurs à quatre temps, c’est-à-dire les moteurs pour lesquels un cycle de combustion complet dans un cylindre s’effectue sur deux tours de vilebrequin. Dans un tel moteur, il y a un sens de rotation prévu lors de la conception du moteur qui doit être respecté pour le bon fonctionnement du moteur. Le problème technique à l’origine de la présente divulgation est d’éviter que le moteur ne soit entrainé par une combustion dans le sens inverse (appelé aussi rotation arrière) du sens de bon fonctionnement du moteur.
[0003] Sur des véhicules de type deux roues ou similaires, avec notamment un système de démarrage par kick, il convient d’éviter que lors du démarrage le moteur soit entrainé en arrière car cela provoque un retour de kick qui peut être dangereux.
[0004] Une fois que le moteur fonctionne, il convient d’éviter d’entrainer le moteur en sens inverse pour un moteur quatre temps car cette rotation inverse pourrait venir endommager des éléments du moteur comme par exemple le démarreur, des éléments de transmission, une courroie, etc. .
Technique antérieure
[0005] Il est connu d’éviter une rotation en sens inverse d’un moteur quatre temps. Ces solutions mettent le plus souvent en œuvre des moyens matériels spécifiques, tels par exemple un capteur de position de vilebrequin supplémentaire ou bien des moyens de contrôle de l’allumage modifiés pour permettre d’annuler tardivement une commande d’allumage.
[0006] La présente divulgation a alors pour but de fournir une solution permettant d’éviter efficacement qu’une combustion dans un moteur thermique (quatre temps) ne vienne entrainer ledit moteur dans son sens inverse de rotation. Cette solution sera de préférence logicielle, c’est-à-dire qu’elle ne nécessitera pas la mise en place d’éléments physiques additionnels ou d’avoir à choisir des éléments particuliers. Avantageusement, cette solution sera rapide avec peu d’inertie, c’est-à- dire qu’elle sera aussi efficace même à des régimes relativement élevés.
Résumé
[0007] La présente divulgation vient ainsi améliorer la situation.
[0008] Il est proposé un procédé de gestion d’un moteur thermique en phase de calage, ledit moteur comportant au moins un cylindre et un piston coulissant dans chaque cylindre, le mouvement de chaque piston permettant d’entrainer en rotation un vilebrequin muni d’une cible avec des dents associée à un capteur détectant le passage des dents pour indiquer la position angulaire dudit vilebrequin et sa vitesse de rotation. [0009] Selon la présente divulgation, ledit procédé comporte les étapes suivantes :
- en phase de compression dans un cylindre, estimation de la charge du moteur par comparaison des temps de passage de deux dents successives de la cible,
- estimation de la vitesse de rotation du vilebrequin au passage du point mort haut en fin de compression en fonction, d'une part, de la charge du moteur et, d'autre part, de la pression dans le cylindre en début de compression, et
- action éventuelle sur un allumage commandant une combustion de carburant dans le cylindre concerné en fonction de l’estimation faite de la vitesse et d’au moins un seuil de vitesse de rotation prédéterminé, l’action pouvant être un retardement du début de la charge d’une bobine d’allumage, une modification de l’angle d’allumage ou une coupure de l’allumage.
[0010] Un tel procédé s’est révélé particulièrement efficace et ne nécessite pas de composants matériels spécifiques. Il peut être prévu sur tout type de moteur (quatre temps à allumage commandé).
[0011] Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre, indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
[0012] - l’estimation de la charge du moteur peut être calculée en décomposant ladite charge comme étant la somme d’un couple résistant de compression correspondant à une compression dans le cylindre considéré et une charge globale intégrant des charges internes au moteur et des charges exercées sur un véhicule dans lequel est monté le moteur, et une estimation de ladite charge globale peut-être réalisée en début de phase de compression, en négligeant l’effet de la compression sur une décélération du moteur, en déterminant le rapport entre une variation de la vitesse de rotation du moteur sur un intervalle de temps et la longueur dudit intervalle. Dans cette variante, on peut aussi prévoir que l’estimation de la vitesse de rotation du vilebrequin au passage du point mort haut en fin de compression est faite de manière itérative. On peut aussi, en alternative ou en complément, prévoir que le couple résistant de compression prend en compte, d'une part, la pression dans une chambre de combustion associée au cylindre concerné en supposant que la compression est adiabatique et en connaissant la pression en début de compression et, d'autre part, en tenant en compte la pression atmosphérique s’exerçant sur un côté du piston considéré opposé à la chambre de combustion ; et/ou
[0013] - l’estimation de la vitesse de rotation du vilebrequin au passage du point mort haut en fin de compression est faite de manière itérative ; et/ou
[0014] - trois seuils de vitesse de rotation pour la vitesse de rotation estimée au point mort haut en fin de compression sont définis,
- - si ladite vitesse de rotation estimée est inférieure à un premier seuil mais supérieure à un deuxième seuil, le début de la charge de la bobine d’allumage est retardé,
- - si ladite vitesse de rotation estimée est inférieure au deuxième seuil mais supérieur à un troisième seuil, l’angle d’allumage est modifié, et
- - si ladite vitesse de rotation estimée est inférieure au troisième seuil, l’allumage est coupé. [0015] Selon un autre aspect, il est proposé un programme d’ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre toutes les étapes d’un procédé décrit ci-dessus.
[0016] Selon un autre aspect, il est proposé un support d’enregistrement non transitoire, lisible par ordinateur, caractérisé en ce qu’un programme d’ordinateur défini ci-dessus est enregistré sur ledit support.
[0017] Selon un autre aspect, il est proposé un Système électronique de gestion d’un moteur à combustion interne comportant :
- un capteur vilebrequin, configuré pour détecter les passages des dents d’une cible de vilebrequin ;
- un système d’allumage commandé ;
- un calculateur muni d’une mémoire électronique, configuré pour :
- recevoir en entrée des données fournies par le capteur vilebrequin,
- mettre en œuvre les étapes d’un procédé décrit ci-dessus, et
- fournir des instructions au système d’allumage commandé.
[0018] Enfin la présente divulgation concerne aussi un véhicule (à deux, trois ou quatre roues, voire plus) comportant un moteur à combustion interne quatre temps avec :
- un vilebrequin équipé d’une cible et associé à un capteur vilebrequin,
- un système d’allumage commandé, caractérisé en ce qu’il comporte un système électronique tel que défini ci-dessus.
Brève description du dessin
[0019] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse du dessin annexé, sur lequel :
Fig. 1
[0020] [Fig. 1] montre des courbes de vitesse de rotation d’un moteur sur un diagramme avec des positions angulaires en abscisse et des vitesses de rotation en ordonnée.
Fig. 2
[0021] [Fig. 2] montre des courbes de couple correspondant illustrant des variations du couple de compression dans un cylindre pour différentes pressions dans le cylindre au début d’un cycle de compression.
Fig. 3
[0022] [Fig. 3] montre un organigramme d’un procédé proposé par la présente divulgation selon un mode de réalisation avantageux.
Fig. 4
[0023] [Fig. 4] montre un schématiquement un véhicule dans lequel un procédé selon la présente divulgation peut être mis en œuvre. Description des modes de réalisation
[0024] La description qui suit présente un procédé ainsi que des moyens permettant à un moteur à combustion interne à quatre temps tournant dans un sens de rotation d’éviter de réaliser une combustion dans un cylindre qui viendrait entrainer le moteur dans le sens de rotation inverse. En effet, une rotation inverse (autre que les éventuelles oscillations constatées lors d’un arrêt du moteur autour de sa position d’arrêt) peut être dommageable pour un tel moteur, même si la rotation inverse est de courte durée.
[0025] Il est proposé ici une nouvelle approche pour détecter un éventuel calage involontaire (non demandé par le conducteur) et éviter de commander une combustion qui viendrait entrainer le moteur dans le sens inverse de celui dans lequel il tourne. Cette proposition concerne plus particulièrement un moteur à allumage commandé dans lequel un système d’allumage permet de réaliser une étincelle dans une chambre de combustion pour déclencher une combustion d’un mélange carburant/comburant (généralement essence/air).
[0026] De manière connue de l’homme du métier, un moteur à combustion s’arrête de tourner lorsque son énergie/inertie ne lui permet pas de venir comprimer de l’air (pur ou mélangé) dans une chambre de combustion (il y a rarement deux cylindres qui fonctionnent en phase : cela concerne les moteurs avec un grand nombre de cylindres, notamment huit ou plus). Si un piston dans un cylindre n’arrive pas en fin de phase de compression à passer son point mort haut et qu’une combustion est déclenchée, alors le moteur va être entrainé en rotation en sens inverse. Une telle situation est à éviter. Il convient de la prédire bien en amont dans le cas d’un moteur à combustion commandée. En effet, pour déclencher une étincelle dans la chambre de combustion, il faut le plus souvent charger une bobine d’induction. Cela nécessite donc un temps de charge et celui-ci n’est pas négligeable. Il faut donc prendre relativement tôt une décision de commander ou non la charge de la bobine d’induction. Ce temps de charge peut s’exprimer en secondes (plus précisément en millisecondes) ou bien encore en degrés d’angle de rotation du moteur. Ainsi, quand la vitesse de rotation du moteur est élevée, l’angle de rotation concerné est relativement élevé. De plus, il convient de prévoir de commander l’allumage avant le passage par le point mort haut. Ainsi, dans la pratique, il faut prendre une décision concernant un allumage dans un cylindre environ 80 à 45°CRK avant le passage au point mort haut en fin de compression dans ledit cylindre. Il faut donc déterminer encore avant si le moteur risque de caler.
[0027] L’idée originale à la base de la présente divulgation est de :
- estimer la charge appliquée au moteur, c’est-à-dire de déterminer un couple (résistant si le moteur est en phase de décélération et moteur en phase d’accélération),
- déterminer le couple résistant exercé sur le moteur par la phase de compression (en général, comme indiqué ci-dessus, une seule phase de compression à la fois),
- prédire par le calcul la vitesse de rotation du moteur au passage du prochain point mort haut en fin de compression, et
- si nécessaire, agir sur une commande de système d’allumage pour éviter par exemple une combustion. [0028] La charge appliquée au moteur TQ_Ch peut être déterminée par exemple en observant la variation de la vitesse de rotation du moteur en dehors d’une phase de compression. Ceci peut être fait lorsque la soupape d’admission est encore ouverte.
[0029] Le couple résistant dû à la compression de l’air TQ_Comp peut être estimé en supposant que la compression réalisée est adiabatique. La pression dans le cylindre, et donc l’action résistante sur le piston, et donc le couple résistant exercé, peuvent être déterminés à partir de la pression régnant dans la chambre en début de compression (à partir de la fermeture de la soupape d’admission) et de la position angulaire du moteur (taux de compression réalisé).
[0030] La figure 1 illustre dans le cas d’une décélération du moteur plusieurs courbes illustrant la vitesse de rotation du moteur en fonction de position angulaire du moteur. Sur cette figure, la position 0 correspond au point mort haut en fin de compression (TDC) pour le cylindre considéré.
[0031] Sur la gauche de la figure 1 , le piston dans le cylindre considéré commence à remonter dans le cylindre. La soupape d’admission ne se ferme pas quand le piston est à son point mort bas mais pendant la remontée du piston. Ainsi, pendant une partie de sa course, correspondant sensiblement à la zone entourée sur la figure 1 , les pressions des deux côtés du piston sont sensiblement équilibrées et les variations de la vitesse de rotation du moteur dépendent du couple moteur/résistant global s’exerçant sur le véhicule. La formule physique générale :
[0032] TQ_Ch = J (d(N) / dt)
[0033] s’applique alors dans laquelle :
TQ_Ch est le couple (habituellement en Nm),
J est un moment d’inertie (habituellement en kgm),
N est la vitesse de rotation (habituellement en radians par seconde : rad/s), d(N)/dt étant la dérivée de la vitesse de rotation par rapport au temps, ou variation de la vitesse de rotation dans le temps.
[0034] Dans un moteur, la vitesse de rotation du moteur correspond à la vitesse de rotation d’un vilebrequin auquel sont reliés les pistons du moteur par l’intermédiaire de bielles. Ce vilebrequin est muni d’une cible circulaire dentée, avec des dents similaires équiréparties à la périphérie de la cible. Souvent, on prévoit une dent tous les 6° à la périphérie de la cible (soit théoriquement 60 dents) avec toutefois deux dents manquantes pour créer une singularité à la périphérie de la cible et ainsi repérer chaque tour de vilebrequin. Tout ceci est connu de l’homme du métier qui sait qu’une telle cible est associée à un capteur (le plus souvent inductif) qui détecte chaque passage d’une dent devant lui et qui fournit alors un signal permettant, d'une part, de connaitre la position instantanée du moteur et, d'autre part, sa vitesse de rotation. Le capteur permet aussi de connaitre le temps (durée) qui s’écoule entre le passage d’une dent et de la dent suivante. De la sorte, il est possible de déterminer pour deux passages de dents successifs la variation de vitesse de rotation (dN) et la variation de temps (dt). On peut ainsi déterminer le couple TQ_Ch (ou tout du moins la valeur TQ_Ch/J). [0035] La figure 2 concerne le couple résistant dû à une compression dans un cylindre. Pour analyser ce couple, on considère que la compression avant le point mort haut est une compression adiabatique. La pression dans la chambre de combustion ne dépend alors que de la pression au début de la compression et de la géométrie de la chambre de combustion. La pression dans la chambre est durant cette compression proportionnelle à la pression régnant dans celle-ci au début de la compression.
[0036] En conséquence, le couple résistant tout au long de la phase de compression peut être estimé à l’aide d’une table donnant des valeurs pour chaque position angulaire du moteur, lesdites valeurs étant à multiplier par la pression initiale au début de la phase de compression. Ainsi, dans un moteur pour lequel il n’y a pas de distribution à programme variable (ou Variable Valve Timing en anglais, connu aussi sous le sigle VVT), c’est-à-dire pour lequel les soupapes d’admission se ferment à une position angulaire donnée, on a : TQ_Comp = MAP*FCT(Crk) avec
TQ_Comp est un couple lié à la compression
MAP est la pression dans la chambre de combustion au moment de la fermeture de la soupape d’admission (cette pression correspond à la pression régnant dans le moteur au niveau de l’admission d’air et peut donc être mesurée par une capteur de pression), et
FCT(Crk) est une fonction dépendant uniquement de la position angulaire (Crk) du moteur.
[0037] Il faut ici aussi tenir compte de la pression exercée sur la face du piston opposée à la chambre de combustion. Sur cette face opposée, on peut estimer en première approximation que la pression est sensiblement constante (et vaut sensiblement la pression atmosphérique). Soit alors TQ_Atm le couple lié à la pression régnant dans le carter du moteur, c’est-à-dire du côté opposé à la chambre de combustion.
[0038] Pour prédire la vitesse de rotation du moteur lors du passage par le point mort haut à venir, en fin de compression, il est proposé de calculer itérativement pour chaque dent de la cible vilebrequin jusqu’au point mort haut en fin de compression qui arrive en tenant compte des trois « charges » qui s’exercent, c’est-à-dire la charge extérieure globale TQ_Ch, la charge due à la compression dans le cylindre en compression TQ_Comp et la charge due à la pression régnant dans le carter du moteur TQ_Atm. Ces « charges » n’ont pas comme unité un couple en Nm mais une unité qui prend en compte l’inertie de rotation du moteur.
[0039] On obtient alors la formule globale suivante :
[0040] N(n)=N(n-1) - [TQ_Ch + MAP*FCT(Crk) - TQ_Atm] / N(n-1) [Formule (1)]
Cette formule permet de calculer la vitesse de rotation du moteur à chaque passage de dent.
[0041] La figure 2 illustre le couple exercé lorsque TQ_Ch=0. On remarque sur cette figure trois courbes représentant la variation de couple due dans la chambre de combustion au cours des 180°CRK (angle de rotation du vilebrequin) avant le point mort haut fin de compression. Ces courbes correspondent à trois cas de figure pour lesquels trois pressions distinctes régnent dans la chambre de combustion au moment de la fermeture de la soupape d’admission. Il y a aussi des courbes formées par une succession de segments : ces dernières correspondent à la variation du couple due à la pression en réalisant un calcul itératif. On remarque que chaque courbe formée par une succession de segments est proche de la courbe réelle. Cette comparaison permet de valider la formule donnée ci-dessus pour le calcul de la vitesse de rotation du moteur.
[0042] À chaque passage d’une dent, un nouveau calcul itératif peut être fait en utilisant la formule (1) pour estimer la vitesse de rotation N du moteur lorsque le piston sera au point mort haut en fin de compression.
[0043] Le logigramme de la figure 3 propose une façon d’utiliser les calculs présentés ci-dessus. La description qui suit est faite en référence à cette figure 3 et à la figure 1 .
[0044] Une étape 100 permet de surveiller le passage du moteur à un point mort bas situé 180°CRK (soit un demi-tour de vilebrequin) avant un point mort haut en fin de compression (TDC). À partir de ce passage par ledit point mort bas, la pression MAP de l’air admis est mesurée.
[0045] Une étape 200 détermine, notamment en fonction de la dernière vitesse de rotation du moteur mesurée N, si le moteur risque potentiellement de s’arrêter. La vitesse de rotation N est comparée à une valeur limite qui peut dépendre notamment de la phase dans laquelle se trouve le moteur. Par exemple une valeur limite est prévue pour la phase de démarrage du moteur et une autre valeur limite pour une fonctionnement en régime continu.
[0046] S’il n’y a pas de risque de caler (option 0), le procédé revient à l’étape 100 de surveillance de la position du moteur.
[0047] Si un risque est détecté (option 1), une étape 300 analyse la position du moteur. En fonction du moteur, une valeur de position angulaire est surveillée, par exemple 90°CRK avant le point mort haut fin de compression (TDC). Quand cette valeur est atteinte (option 1), un calcul de la charge du moteur TQ_Ch est effectué par exemple comme expliqué plus haut en utilisant les derniers relevés de vitesse de rotation N et de temps de passage (ou longueur de l’intervalle de temps entre deux passages successifs de dents de la cible vilebrequin) T.
[0048] Une fois la charge du moteur TQ_Ch déterminée, une étape INI d’initialisation est réalisée. Cette étape est le début du calcul itératif présenté plus haut. Il s’agit de calculer les vitesses de rotation estimées pour les dents à venir jusqu’au point mort haut fin de compression à venir. La valeur de la vitesse est initialisée (N(0)) en prenant la valeur de la dernière vitesse de rotation mesurée au dernier passage de dent devant la cible vilebrequin.
[0049] L’étape suivante consiste à calculer N(1) puis les autres valeurs N(n) correspondant aux dents à venir jusqu’au TDC. Une boucle est ainsi réalisée tant qu’à une étape 500 la valeur de n ne correspond pas encore à la dent correspondant au TDC. Les valeurs N(n+1) peuvent être calculées à partir des valeurs N(n) initialisées ou calculées selon la Formule (1) donnée plus haut par exemple. [0050] En sortie de boucle, une valeur N(TDC) est obtenue qui correspond à une valeur estimée de la vitesse de rotation lors du prochain passage au point mort haut en fin de compression pour le moteur.
[0051] Sur la figure 1 , cette phase de mesures (de la pression, des vitesses et des temps de passage) correspond à une plage P1 qui peut être considérée comme une phase d’analyse du comportement du moteur. Cette phase se termine (étape 600) lorsqu’une décision doit être prise : la prochaine combustion peut-elle se produire normalement ou faut-il modifier les instructions à envoyer à un système d’allumage ? L’étape 600 sert à vérifier quand le moteur passe par une position DEC (qui peut être variable). La position DEC dépend du moteur et de son système d’allumage. Cette position dépend ainsi notamment du temps nécessaire à la charge d’une bobine d’allumage (plage P2) et aussi de la plage P3 correspondant aux valeurs angulaires possibles pour la commande de l’allumage (avance à l’allumage).
[0052] Une fois la position DEC dépassée, il convient de prendre une décision basée sur une vitesse de rotation N_PRED. Cette dernière pourra être égale à la dernière valeur N(TDC) calculée ou bien si plusieurs valeurs N(TDC) ont été calculées, ladite valeur N_PRED pourra être déterminée à partir de ces valeurs. Il peut s’agir par exemple d’une valeur moyenne, ou bien d’une valeur minimale. Le fait d’avoir plusieurs prédictions permet éventuellement aussi d’éliminer une valeur qui se démarquerait des autres et serait de ce fait peu plausible.
[0053] La valeur N_PRED est alors comparée avec au moins une valeur limite.
[0054] On peut prévoir un fonctionnement du procédé avec juste une comparaison avec une valeur limite. Pour une plus grande souplesse de fonctionnement, on peut aussi prévoir deux, voire trois valeurs limites distinctes.
[0055] Si une seule limite est choisie, si la valeur N_PRED est en dessous de cette limite, on peut décider par exemple qu’il n’y aura pas d’allumage. La bobine n’est alors pas chargée. Dans le cas contraire, l’allumage est commandé normalement avec l’avance à l’allumage programmée et le temps de charge de la bobine prévu.
[0056] Une variante préférée avec trois valeurs limites LIM1 , LIM2 et LIM3 est décrite ci-après. On suppose :
LIM1 > LIM2 > LIM3
[0057] Si on a LIM1 >=N_PRED>LIM2 :
[0058] Dans ce cas, il peut être par exemple proposé de retarder le début de la charge de la bobine. Ce retard peut être mis à profit (une unique fois) pour une nouvelle évaluation de la vitesse de rotation au prochain point mort haut en fin de compression.
[0059] Si on a LIM2>=N_PRED>LIM3 :
[0060] Dans ce cas, pour éviter d’avoir une combustion dans la chambre de combustion qui risque d’inverser le sens de rotation du moteur, il est possible de modifier l’avance à l’allumage et de prévoir de réaliser une étincelle sensiblement au passage par le point mort haut à venir. Une telle étincelle ne permettra pas de changer le sens de rotation du moteur.
[0061] Dans le dernier cas de figure où LIM3>=N_PRED, alors la bobine d’allumage n’est pas alimentée et aucune étincelle n’est produite pour ce passage au point mort haut. Le moteur va alors probablement caler mais sans risque d’être entrainé en sens inverse.
[0062] Ce procédé peut par exemple être mis en œuvre par une unité électronique embarquée à bord d’un véhicule, par exemple un véhicule automobile ou encore une moto, ou un engin de loisir (dénommé couramment quad). Cette unité électronique peut être appelée unité de gestion ou calculateur et est connue aussi sous le sigle anglais CPU. Comme illustré schématiquement sur la figure 4, on a un véhicule V motorisé par un moteur M, ledit moteur étant géré électroniquement par au moins une unité électronique CPU.
Application industrielle
[0063] La nouvelle approche pour éviter tout entrainement d’un moteur en rotation en sens inverse du sens de fonctionnement normal est fiable dans tous les modes de fonctionnement d’un véhicule et pour tout moteur. Elle permet d’empêcher tout entrainement d’un moteur dans une rotation inverse, même (très) brève.
[0064] La solution proposée est purement logicielle et ne nécessite aucun capteur supplémentaire par rapport aux capteurs habituellement utilisés dans un moteur quatre temps : un simple capteur vilebrequin convient et un simple contrôle de bobine d’allumage.
[0065] La solution fonctionne aussi (surtout) pour des moteurs avec une faible inertie (monocylindre) et/ou équipant des véhicules légers (deux roues par exemple). Le procédé décrit ci-dessus est (très) réactif et fonctionne même à des régimes relativement élevés.
[0066] Avec le procédé proposé, la charge du moteur est estimée bien avant l’arrivée d’un point mort haut de fin de compression et permet ainsi un calcul fiable de ladite charge.
[0067] Une fiabilité du procédé est notamment due au fait que les paramètres mis en jeu, tels l’inertie du moteur, sa géométrie, sont des caractéristiques physiques qui ne varient pas. De plus, une seule détermination de vitesse prédite peut suffire pour être efficace.
[0068] Un avantage du procédé proposé ici est aussi que la prédiction peut être faite bien en amont du point mort haut, notamment avant toute action sur la bobine d’allumage dont le temps de charge peut se révéler limitant parfois pour d’autres solutions de l’art antérieur.
[0069] La présente divulgation ne se limite pas à l’exemple de réalisation et aux variantes évoquées décrits ci-avant, seulement à titre d’exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l’homme de l’art dans le cadre de la protection recherchée.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de gestion d’un moteur thermique en phase de calage, ledit moteur comportant au moins un cylindre et un piston coulissant dans chaque cylindre, le mouvement de chaque piston permettant d’entrainer en rotation un vilebrequin muni d’une cible avec des dents associée à un capteur détectant le passage des dents pour indiquer la position angulaire dudit vilebrequin et sa vitesse de rotation, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :
- en phase de compression dans un cylindre, estimation (300) de la charge du moteur par comparaison des temps de passage de deux dents successives de la cible,
- estimation de la vitesse de rotation (N(TDC)) du vilebrequin au passage du point mort haut en fin de compression (TDC) en fonction, entre autres, de la charge du moteur , elle-même dépendante de la pression dans le cylindre en début de compression (MAP), et
- action éventuelle sur un allumage (700) commandant une combustion de carburant dans le cylindre concerné en fonction de l’estimation faite de la vitesse (N_PRED) et d’au moins un seuil de vitesse de rotation prédéterminé (LIM1 , LIM2, LIM3), l’action pouvant être un retardement du début de la charge d’une bobine d’allumage, une modification de l’angle d’allumage ou une coupure de l’allumage.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l’estimation de la charge du moteur est calculée en décomposant ladite charge comme étant la somme d’un couple résistant de compression (TQ_Comp) correspondant à une compression dans le cylindre considéré et une charge globale (TQ_Ch) intégrant des charges internes au moteur et des charges exercées sur un véhicule dans lequel est monté le moteur, et en ce qu’une estimation de ladite charge globale (TQ_Ch) est réalisée en début de phase de compression, en négligeant l’effet de la compression sur une décélération du moteur, en déterminant le rapport entre une variation de la vitesse de rotation du moteur sur un intervalle de temps et la longueur dudit intervalle.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’estimation de la charge globale (TQ_Ch) du moteur est réalisée environ 90°CRK avant le point mort haut en fin de compression.
[Revendication 4] Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le couple résistant de compression (TQ_Comp) prend en compte, d'une part, la pression dans une chambre de combustion associée au cylindre concerné en supposant que la compression est adiabatique et en connaissant la pression en début de compression et, d'autre part, en tenant en compte la pression atmosphérique s’exerçant sur un côté du piston considéré opposé à la chambre de combustion.
[Revendication 5] Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’estimation de la vitesse de rotation (N_PRED) du vilebrequin au passage du point mort haut en fin de compression est faite de manière itérative.
[Revendication 6] Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que trois seuils de vitesse de rotation (LIM1 , LIM2, LIM3) pour la vitesse de rotation estimée au point mort haut en fin de compression sont définis, en ce que si ladite vitesse de rotation estimée est inférieure à un premier seuil (LIM1) mais supérieure à un deuxième seuil (LIM2), le début de la charge de la bobine d’allumage est retardé, en ce que si ladite vitesse de rotation estimée est inférieure au deuxième seuil (LIM2) mais supérieur à un troisième seuil (LIM3), l’angle d’allumage est modifié, et en ce que si ladite vitesse de rotation estimée est inférieure au troisième seuil (LIM3), l’allumage est coupé.
[Revendication 7] Programme d’ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre toutes les étapes d’un procédé de gestion d’un moteur thermique en phase de calage selon l'une des revendications 1 à 6, ledit moteur comportant au moins un cylindre et un piston coulissant dans chaque cylindre, le mouvement de chaque piston permettant d’entrainer en rotation un vilebrequin muni d’une cible avec des dents associée à un capteur détectant le passage des dents pour indiquer la position angulaire dudit vilebrequin et sa vitesse de rotation .
[Revendication 8] Support d’enregistrement non transitoire, lisible par ordinateur, caractérisé en ce qu’un programme d’ordinateur selon la revendication 7 est enregistré sur ledit support.
[Revendication 9] Système électronique de gestion d’un moteur à combustion interne comportant :
- un capteur vilebrequin, configuré pour détecter les passages des dents d’une cible de vilebrequin ;
- un système d’allumage commandé ;
- un calculateur muni d’une mémoire électronique, configuré pour :
- recevoir en entrée des données fournies par le capteur vilebrequin,
- mettre en œuvre les étapes d’un procédé selon l'une des revendications 1 à 6, et
- fournir des instructions au système d’allumage commandé,
- un capteur de pression, configuré pour mesurer la pression (MAP) régnant dans le moteur au niveau de l’admission.
[Revendication 10] Véhicule comportant un moteur à combustion interne quatre temps avec :
- un vilebrequin équipé d’une cible et associé à un capteur vilebrequin,
- un système d’allumage commandé, caractérisé en ce qu’il comporte un système électronique selon la revendication 9.
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