FR2899686A1 - Procede et dispositif de detection d'une phase de fonctionnement perturbee d'un moteur a allumage commande se traduisant par le phenomene de cliquetis - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de détection d'une phase de fonctionnement perturbée d'un moteur à allumage commandé se traduisant par le phénomène de cliquetis générateur d'endommagement du moteur.Ce procédé est caractérisé en ce que ledit moteur ayant été préalablement testé pour établir la droite de signature du cliquetis dudit moteur matérialisant, sur un support présentant en abscisse la consommation en carburant dudit moteur et en ordonnée la différence de température entre la température des gaz d'échappement dudit moteur et la température de paroi du bloc moteur, la ligne de démarcation entre cliquetis et absence de cliquetis, on détecte la température d'une paroi du bloc moteur et la température des gaz d'échappement dudit moteur, en parallèle avec la consommation en carburant dudit moteur, en vue de l'obtention d'un point, d'abscisse correspondant à la valeur de la consommation en carburant mesurée, et d'ordonnée à la différence des températures mesurées, et en ce qu'on compare la position du point par rapport à la droite de signature.
Description
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détection
d'une phase de fonctionnement perturbée d'un moteur à allumage commandé se traduisant par le phénomène de cliquetis, générateur d'endommagement du moteur.
Le cliquetis est un bruit anormal du moteur dû à un phénomène de détonation résultant d'une combustion anormale. II est en effet communément admis que ce phénomène provient de l'auto-inflammation, en un ou plusieurs points de la io chambre de combustion du moteur, d'une partie des gaz frais situés en avant du front de flamme. Ceux-ci sont comprimés par le mouvement du piston et par l'avancée du front de flamme. Ils atteignent alors un niveau de pression et de température auxquels ils peuvent s'auto-inflammer. II en résulte des déplacements alternatifs d'ondes de pression qui se réfléchissent sur les parois 15 de la chambre de combustion qui vont s'amortir dans le temps. Les oscillations de pression, d'une fréquence de l'ordre de 4 à 20 k Hertz, excitent, en vibration forcée, la structure du moteur qui émet alors le bruit métallique caractéristique d'où le phénomène tire son nom. Ces oscillations de pression conduisent ainsi à la destruction de la couche limite thermique au voisinage des parois du 20 cylindre, augmentant ainsi les flux pariétaux au sein de la chambre. Ceci provoque un déséquilibre du bilan énergétique du moteur se traduisant par une diminution de son rendement et de l'enthalpie des gaz d'échappement. Si le cliquetis persiste ou s'il est généré à une très forte intensité, il peut entraîner la destruction partielle ou totale du moteur. 25 Le cliquetis peut avoir diverses origines. Ainsi, il est connu que les paramètres moteurs, qui ont tendance à augmenter le niveau de température des gaz frais ou à augmenter leur temps de séjour dans la chambre de combustion, favorisent l'apparition du cliquetis. De même, la nature du gaz carburant 30 consommé a une très grande importance dans le taux d'inflammation des gaz frais. Pour un moteur donné, dans des conditions opératoires et ambiantes fixées, le cliquetis ne dépend que du carburant consommé. Cependant, selon sa provenance, la qualité du carburant peut être amenée à varier pouvant ainsi favoriser l'apparition du cliquetis.
Du fait des conséquences dramatiques sur un moteur d'un cliquetis durable, des méthodes ont été mises au point pour détecter un tel cliquetis. La mesure de la pression cylindre est la technique aujourd'hui la plus directe et la plus fiable pour détecter le cliquetis car la mise en résonance de la masse gazeuse dans la chambre de combustion du moteur résulte de l'auto-inflammation des gaz frais. Les capteurs, sensibles aux variations rapides de la pression, utilisent une technologie sophistiquée basée sur la sensibilité de matériaux io piézoélectriques dont la nature électrique change avec le niveau de pression considéré. Ils sont installés dans la chambre de combustion : soit directement montés sur la culasse, ce qui nécessite l'adaptation de cette dernière, soit montés dans des bougies d'allumage spécialement conçues. Mais ces capteurs sont coûteux. De plus, le caractère intrusif de cette mesure nuit à la tenue 15 mécanique du moteur. De ce fait, ils restent avant tout un outil de recherche et sont peu employés pour des applications industrielles.
L'accélérométrie est la technique de détection la plus couramment employée en milieu industriel. Elle consiste à étudier l'ensemble des vibrations se 20 propageant à la surface du bloc moteur. L'accéléromètre est directement fixé sur la structure du bloc moteur. Cependant, pour en assurer sa fiabilité, pour conserver un rapport signal/bruit suffisant pour être exploitable, des précautions doivent être prises sur l'emplacement des capteurs, sur les fenêtres d'observation et de filtration du signal. En effet, la structure du bloc moteur est 25 sujette à des vibrations inhérentes au type de combustion se déroulant dans la chambre et dépendant du régime, de la charge du moteur et de son niveau d'usure.
Une autre technique, peu répandue à ce jour, repose sur la mesure de la 30 tension d'ionisation des gaz entre l'anode et la cathode de la bougie d'allumage. Dans ce cas, la bougie fait office de capteur. Une tension de court- circuit est appliquée à ses bornes sur une fenêtre angulaire prédéfinie. La présence de la flamme et donc d'ions à son voisinage va modifier la 2
3 conductivité électrique et donc l'intensité du courant qui passe entre l'anode et la cathode. La généralisation de cette technique en milieu industriel est limitée car elle nécessite une modification substantielle du système d'allumage pour améliorer la qualité du signal, notamment lors de combustions en mélange pauvre. De plus, l'interprétation de ce signal n'est pas aisée car elle dépend de nombreux paramètres parmi lesquels la composition du carburant et le taux de recyclage des gaz d'échappement qui perturbent les propriétés ioniques de la flamme. De ce fait, cette méthode est aujourd'hui réservée à des moteurs de haut de gamme. i0 Un but de la présente invention est donc de proposer un procédé et un dispositif de détection non intrusive du cliquetis permettant une mise en oeuvre à l'échelle industrielle de ce procédé et de ce dispositif.
15 A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de détection d'une phase de fonctionnement perturbée d'un moteur à allumage commandé se traduisant par le phénomène de cliquetis générateur d'endommagement du moteur, notamment en vue d'une correction des réglages moteur, caractérisé en ce que ledit moteur ou un moteur équivalent ayant été préalablement testé pour établir 20 la droite de signature du cliquetis dudit moteur matérialisant, sur un support présentant en abscisse, ou respectivement en ordonnée, la consommation en carburant dudit moteur et en ordonnée, ou respectivement en abscisse, la différence de température entre la température des gaz d'échappement dudit moteur et la température de paroi du bloc moteur, la ligne de démarcation entre 25 cliquetis et absence de cliquetis, on détecte en temps réel, en continu et en régime moteur stabilisé, la température d'une paroi du bloc moteur et la température des gaz d'échappement dudit moteur, en parallèle avec la consommation en carburant dudit moteur, en vue de l'obtention d'un point, d'abscisse ou respectivement d'ordonnée correspondant à la valeur de la 30 consommation en carburant mesurée, et d'ordonnée ou respectivement d'abscisse à la différence des températures mesurées, et en ce qu'on compare la position du point par rapport à la droite de signature.
4 La relation linéaire entre le différentiel des températures précité et la consommation en carburant du moteur permet de distinguer aisément les modes de fonctionnement cliquetant des modes de fonctionnement non cliquetant, ces derniers étant disposés au-dessus de la droite de signature du cliquetis lorsque cette dernière présente en abscisse la consommation en carburant et en ordonnée un différentiel de températures.
L'invention a encore pour objet un dispositif de détection d'une phase de fonctionnement perturbée d'un moteur à allumage commandé se traduisant par io le phénomène de cliquetis, générateur d'endommagement du moteur, notamment en vue d'une correction des réglages moteur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mémorisation de la droite de signature du cliquetis matérialisant sur un support présentant en abscisse ou respectivement en ordonnée, la consommation en carburant dudit moteur et en ordonnée, ou ls respectivement en abscisse, la différence de température entre température des gaz d'échappement et température de paroi du bloc moteur, la ligne de démarcation entre cliquetis et absence de cliquetis, cette ligne ayant été établie par test préalable du moteur ou d'un moteur équivalent, des moyens de détection en temps réel, en continu et en régime moteur stabilisé de la 20 température d'une paroi du bloc moteur et de la température des gaz d'échappement dudit moteur, des moyens de mesure de la consommation en carburant dudit moteur fonctionnant en parallèle desdits moyens de détection de température en vue de l'obtention d'un point d'abscisse, ou respectivement d'ordonnée, correspondant à la valeur de la consommation mesurée et 25 d'ordonnée, ou respectivement d'abscisse, correspondant à la différence des températures mesurées et des moyens de comparaison de la position du point par rapport à la droite de signature.
L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante 30 d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 représente, sous forme d'une courbe, la relation linéaire entre la différence de température et la consommation en carburant du moteur, les signes + matérialisant des réglages non cliquetant, les points, des réglages critiques et les étoiles, des réglages cliquetant et
la figure 2 représente une vue schématique simplifiée d'un bloc moteur 5 et les capteurs de température équipant un tel bloc.
Comme mentionné ci-dessus, le procédé et le dispositif, objets de l'invention, permettent la détection d'une phase de fonctionnement perturbée d'un moteur à allumage commandé, encore appelé moteur à essence. Cette phase de io fonctionnement perturbée se traduit par le phénomène de cliquetis. L'objectif est donc de détecter ce cliquetis durable, source d'endommagement du moteur, en vue de corriger les réglages moteur.
Pour permettre la mise en oeuvre d'un tel procédé, il est nécessaire de 15 procéder à un test préalable soit sur le moteur sur lequel on cherche à détecter ledit cliquetis, soit sur un moteur équivalent, à savoir présentant les mêmes caractéristiques de fonctionnement. Le test permet d'établir la droite de signature du cliquetis dudit moteur. Cette droite de signature matérialise sur un support présentant en abscisse, ou respectivement en ordonnée, la 20 consommation en carburant dudit moteur et en ordonnée, ou respectivement en abscisse, la différence de température entre la température des gaz d'échappement dudit moteur et la température de paroi du bloc moteur, la ligne de démarcation entre cliquetis et absence de cliquetis. Cette droite est plus particulièrement représentée à la figure 1. Une fois cette droite élaborée pour 25 un moteur, elle peut être mémorisée dans le dispositif de détection, objet de l'invention.
La détection d'une phase de fonctionnement perturbée peut alors s'opérer sur un tel moteur. A cet effet, on détecte en temps réel, en continu et en régime 30 moteur stabilisé, la température d'une paroi du bloc moteur et la température des gaz d'échappement dudit moteur, en parallèle avec la consommation en carburant dudit moteur, en vue de l'obtention d'un point, d'abscisse, ou respectivement d'ordonnée, correspondant à la valeur de la consommation en
6 carburant mesurée, et d'ordonnée, ou respectivement d'abscisse, à la différence des températures mesurées, et on compare la position du point par rapport à la droite de signature, en particulier pour vérifier si le point relevé est en dessous de ladite droite dans le cas d'une droite d'abscisse correspondant à la consommation en carburant.
Pour permettre les étapes de détection et de comparaison, le dispositif de détection est donc équipé de moyens de détection en temps réel, en continu et en régime moteur stabilisé de la température d'une paroi du bloc moteur et de io la température des gaz d'échappement dudit moteur, ainsi que de moyens de mesure de la consommation en carburant dudit moteur fonctionnant en parallèle desdits moyens de détection de température. Ce dispositif comporte encore des moyens de comparaison de la position du point par rapport à la droite de signature pour vérifier si le point relevé est au-dessus ou au dessous is de ladite droite.
Ces moyens de comparaison ainsi que les moyens de mémorisation peuvent être intégrés à un calculateur de commande du moteur ou des accessoires fonctionnels du moteur dont le rôle sera décrit ci-après. 20 Généralement, on mesure la température d'une paroi du moteur à l'aide d'un capteur 1 de ternpérature, tel qu'un thermocouple, positionné au voisinage des soupapes, ou dans la chemise du cylindre, ou dans, ou sur, la culasse dudit moteur. La prise de température dans la chemise, directement sur le joint de 25 culasse et au voisinage des soupapes est une des solutions préférées. En effet, c'est dans cette zone que le cliquetis a le plus de chances de se déclencher car les soupapes sont traditionnellement les parois les plus chaudes de la chambre de combustion. De plus, dans ce cas, l'état thermique de la paroi dans laquelle est implanté le thermocouple n'est gouverné que par 30 la combustion.
En parallèle de la mesure de la température d'une paroi du moteur, on mesure la température des gaz d'échappement à l'aide d'un capteur 2 de température, tel qu'un thermocouple, positionnable soit sur, ou dans, le collecteur 3 d'échappement équipant ledit moteur, soit dans un caisson dit de tranquillisation disposé en aval du collecteur. Enfin, en ce qui concerne la mesure de la consommation en carburant du moteur, celle-ci est mesurée à l'aide d'un débitrnètre positionné sur le circuit d'alimentation en carburant dudit moteur. La consommation en carburant mesurée est généralement appelée consommation adimensionnelle. Cette consommation est fonction du io remplissage du moteur en mélange air/carburant et du pouvoir combivore ou de la richesse du carburant. A partir des données mesurées mentionnées ci-dessus, il est possible de connaître en temps réel et en continu la position d'un point d'abscisse, ou 15 respectivement d'ordonnée, correspondant à la valeur de la consommation en carburant mesurée, et d'ordonnée, ou respectivement d'abscisse, à la différence des températures mesurées. La position de ce point, par rapport à la droite de signature du cliquetis, permet de procéder, si nécessaire, à une correction des réglages moteur. En effet, lorsque le point obtenu est positionné 20 sur la droite de signature du cliquetis, il correspond à un réglage critique qui peut être maintenu en l'état. Si ce point est au-dessus de la droite, dans le cas d'une droite présentant, en abscisse, la consommation, et en ordonnée, les différences de température, le réglage est un réglage correct non cliquetant. Par contre, si le point est positionné au dessous de la droite, il s'agit d'un 25 réglage cliquetant qui doit impérativement être modifié. A cet effet, il est possible d'intégrer les résultats de la comparaison dans un calculateur de commande des paramètres de distribution du moteur ou des accessoires fonctionnels, tels que le dispositif d'allumage ou le dispositif d'alimentation du mélange comburant/carburant du moteur. Ainsi, en modifiant indifféremment le 30 réglage de la richesse du mélange carburant/comburant, le réglage de l'avance à l'allumage, le régime moteur ou le diagramme de distribution, il est possible de supprimer le phénomène de cliquetis observé. Le dispositif de détection comporte donc des moyens de liaison à un calculateur apte à agir sur le moteur
8 ou les accessoires fonctionnels du moteur, tels que le dispositif d'allumage ou le dispositif d'alimentation du mélange carburant/comburant dudit moteur. Ce calculateur de commande peut intégrer les moyens de mémorisation et les moyens de comparaison du dispositif de détection. Le calculateur de commande est donc simplement relié à des capteurs de température et à un débitmètre généralement d'ores et déjà intégré au véhicule pour permettre la détection du cliquetis et la correction des réglages moteur à effectuer en fonction des résultats obtenus.
io Le procédé de détection, tel que mentionné ci-dessus, constitue donc une méthode de détection non intrusive du cliquetis. II en résulte la possibilité d'une mise en oeuvre à l'échelle industrielle d'un tel procédé.
Claims (10)
1. Procédé de détection d'une phase de fonctionnement perturbée d'un moteur à allumage commandé se traduisant par le phénomène de cliquetis générateur d'endommagement du moteur, notamment en vue d'une correction des réglages moteur, caractérisé en ce que ledit moteur, ou un moteur équivalent, ayant été préalablement testé pour établir la droite de signature du cliquetis dudit moteur matérialisant, sur un support présentant en abscisse, ou respectivement en io ordonnée, la consommation en carburant dudit moteur et en ordonnée, ou respectivement en abscisse, la différence de température entre la température des gaz d'échappement dudit moteur et la température de paroi du bloc moteur, la ligne de démarcation entre cliquetis et absence de cliquetis, on détecte, en temps réel, en continu et en régime moteur stabilisé, la température is d'une paroi du bloc moteur et la température des gaz d'échappement dudit moteur, en parallèle avec la consommation en carburant dudit moteur, en vue de l'obtention d'un point, d'abscisse, ou respectivement d'ordonnée, correspondant à la valeur de la consommation en carburant mesurée, et d'ordonnée, ou respectivement d'abscisse, à la différence des températures 20 mesurées, et en ce qu'on compare la position du point par rapport à la droite de signature.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mesure la consommation en carburant dudit moteur à 25 l'aide d'un débitmètre positionné sur le circuit d'alimentation en carburant dudit moteur.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on mesure la température d'une paroi du moteur à l'aide 30 d'un capteur de température, tel qu'un thermocouple, positionné au voisinage des soupapes, ou dans la chemise du cylindre, ou dans, ou sur, la culasse dudit moteur. 9 i0
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on mesure la température des gaz d'échappement à l'aide d'un capteur de température, tel qu'un thermocouple, positionné soit sur, ou dans, le collecteur d'échappement équipant ledit moteur, soit dans un caisson de tranquillisation disposé en aval du collecteur.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on intègre les résultats de la comparaison dans un calculateur de commande des paramètres de distribution du moteur ou des io accessoires fonctionnels, tels que le dispositif d'allumage ou le dispositif d'alimentation du mélange comburant/carburant du moteur.
6. Dispositif de détection d'une phase de fonctionnement perturbée d'un moteur à allumage commandé se traduisant par le phénomène de cliquetis, générateur is d'endommagement du moteur, notamment en vue d'une correction des réglages moteur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mémorisation de la droite de signature du cliquetis matérialisant sur un support présentant en abscisse ou respectivement en ordonnée, la consommation en carburant dudit moteur et en 20 ordonnée, ou respectivement en abscisse, la différence de température entre température des gaz d'échappement et température de paroi du bloc moteur, la ligne de démarcation entre cliquetis et absence de cliquetis, cette ligne ayant été établie par test préalable du moteur ou d'un moteur équivalent, des moyens de détection en temps réel, en continu et en régime moteur stabilisé, de la 25 température d'une paroi du bloc moteur et de la température des gaz d'échappement dudit moteur, des moyens de mesure de la consommation en carburant dudit moteur fonctionnant en parallèle desdits moyens de détection de température en vue de l'obtention d'un point d'abscisse, ou respectivement d'ordonnée, correspondant à la valeur de la consommation mesurée et 30 d'ordonnée, ou respectivement d'abscisse, correspondant à la différence des températures mesurées et des moyens de comparaison de la position du point par rapport à la droite de signature. 2899686 Il
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de liaison à un calculateur apte à agir sur le moteur ou les accessoires fonctionnels du moteur, tels que le dispositif d'allumage ou le dispositif d'alimentation du mélange 5 carburant/comburant dudit moteur.
8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la consommation en carburant du moteur sont constitués d'au moins un débitmètre positionné sur le circuit io d'alimentation en carburant dudit moteur.
9. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les moyens de détection de la température d'une paroi du moteur sont constitués d'au moins un capteur de température, tel qu'un 15 thermocouple, positionné au voisinage des soupapes, ou dans la chemise du cylindre, ou dans, ou sur, la culasse dudit moteur.
10. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la température des gaz 20 d'échappement sont constitués d'un capteur de température, tel qu'un thermocouple, positionnable soit sur, ou dans, le collecteur d'échappement équipant ledit moteur, soit dans un caisson dit de tranquillisation disposé en aval du collecteur. 25
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