FR3086977A1 - Procede de detection d'un colmatage de filtre a air - Google Patents
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Abstract
La présente invention a pour objet un procédé de détection d'un colmatage d'un filtre à air comportant les étapes suivantes lorsque la section de passage d'air dans une tubulure d'admission est supérieure à une section de passage prédéterminée : - mesure d'une pression dans la tubulure d'admission en fin d'une phase d'admission d'air dans un cylindre, - mesure d'une pression dans la tubulure d'admission en fin de phase d'échappement dans un cylindre, - détermination du colmatage du filtre à air selon une comparaison faite entre, d'une part, au moins une pression mesurée au cours d'au moins une mesure de pression en fin de phase d'admission d'air dans un cylindre et, d'autre part, au moins une pression mesurée au cours d'au moins une mesure de pression en fin de phase d'échappement, le filtre étant estimé colmaté lorsque la comparaison donne une valeur supérieure à une valeur prédéterminée.
Description
La présente invention concerne un procédé de détection d’un colmatage d’un filtre à air dans un moteur à combustion interne.
Le remplacement d’un filtre à air est le plus souvent réalisé en fonction d’indications données par le constructeur. Il peut être ainsi recommandé de changer un filtre à air après un nombre d’heures prédéterminé, ce nombre pouvant être déterminé en fonction d’un milieu d’utilisation (environnement plus ou moins pollué). Toutefois, le plus souvent, les conditions réelles d’utilisation ne sont pas prises en compte.
Il est connu alors d’utiliser un système de mesure de pression en amont et en aval du filtre à air pour déterminer son niveau de colmatage.
Un tel système peut être monté en option (et en après-vente) sur le filtre à air. Il comporte deux capteurs de pression qui doivent être relativement précis pour ne pas donner de fausses informations.
Le document JP2009074410 divulgue un procédé de détection du colmatage d’un filtre à air par une unité de commande électronique qui est un dispositif de commande d’injection de carburant dans lequel le système de contrôle de la densité est prévu pour déterminer une quantité d’injection de carburant en prédisant une quantité d’air d’admission en fonction de la vitesse de rotation du moteur détectée et de valeurs de pression de la tubulure d'admission, la différence entre la valeur moyennée et la valeur minimale des pressions de la tubulure d'admission détectées en continu est calculée. Lorsque la différence est au moins inférieure à une valeur de détermination de colmatage prédéterminée, le filtre à air est déterminé comme étant bouché, et une lampe de code de panne servant de moyen d'affichage est allumée.
Ce système est intégré au moteur d’origine mais nécessite la présence de plusieurs capteurs de pression. De plus, un tel système de détection ne fonctionne pas avec un moteur à carburateur. En outre, la détection du colmatage est faite lorsque la différence de pression mesurée est inférieure à une valeur prédéterminée. De ce fait, pour éviter des erreurs de détection, les capteurs doivent être précis.
La présente invention a alors pour but de fournir un procédé de détection de colmatage d’un filtre à air fonctionnant à partir d’informations habituellement accessibles dans un moteur.
À cet effet, la présente invention propose un procédé de détection d’un colmatage d’un filtre à air dans un moteur à combustion interne comportant, d'une part, au moins un piston se déplaçant dans un cylindre et, d'autre part, une tubulure d’admission d’air frais et un dispositif apte à faire varier la section de passage d’air dans ladite tubulure d’admission.
Selon l’invention, ce procédé comporte les étapes suivantes lorsque la section de passage d’air dans la tubulure d’admission est supérieure à une section de passage prédéterminée :
- mesure d’une pression dans la tubulure d’admission en fin d’une phase d’admission d’air dans un cylindre,
- mesure d’une pression dans la tubulure d’admission en fin de phase d’échappement dans un cylindre,
- détermination du colmatage du filtre à air selon une comparaison faite entre, d'une part, au moins une pression mesurée au cours d’au moins une mesure de pression en fin de phase d’admission d’air dans un cylindre et, d'autre part, au moins une pression mesurée au cours d’au moins une mesure de pression en fin de phase d’échappement, le filtre étant estimé colmaté lorsque la comparaison donne une valeur supérieure à une valeur prédéterminée.
Ce procédé permet de détecter un colmatage d’un filtre à air uniquement en mesurant la pression dans la tubulure d’admission. Habituellement, un capteur de pression est prévu dans cette tubulure pour connaître le débit d’air entrant dans le moteur. Le procédé de détection de colmatage fonctionne ainsi avec un capteur habituellement présent dans un moteur. En outre, comme ce capteur est présent dans le moteur, la détection du colmatage peut être gérée facilement par une unité de commande et de gestion intégrée au moteur. La fonction de détection de colmatage peut donc être intégrée directement au véhicule (ou autre dispositif) correspondant.
Dans le procédé de détection proposé, la mesure de pression en fin de phase d’admission d’air dans un cylindre peut être effectuée lorsque le piston correspondant se trouve à son point mort bas, par exemple à ± 20° de son point mort bas.
De même, dans ce procédé, la mesure de pression en fin de phase d’échappement dans un cylindre peut être effectuée lorsque le piston correspondant se trouve à environ - 30° de son point mort haut, par exemple entre - 50° et - 10° de son point mort haut.
Pour éviter de fausses détections, le procédé de détection ci-dessus peut prévoir que le filtre à air est considéré comme colmaté lorsque plusieurs étapes de détermination du colmatage du filtre à air ont conduit à une estimation de filtre à air colmaté.
Pour signaler un colmatage à un utilisateur, le procédé de détection comporte avantageusement aussi une étape de signalement, par exemple visuel ou acoustique, lorsqu’un colmatage du filtre à air est détecté.
Dans le cas particulier d’un moteur bicylindre, le procédé de détection selon l'invention comporte les étapes suivantes lorsque la section de passage d’air dans la tubulure d’admission est supérieure à une section de passage prédéterminée :
- mesure d’une pression dans la tubulure d’admission en fin d’une phase d’admission d’air dans un premier cylindre,
- mesure d’une pression dans la tubulure d’admission en fin d’une phase d’admission d’air dans le second cylindre,
- mesure d’une pression dans la tubulure d’admission en fin de phase d’échappement dans le premier cylindre,
- détermination du colmatage du filtre à air en calculant la différence entre, d'une part, la pression mesurée en fin d’échappement dans le premier cylindre et, d'autre part, la moyenne des deux pressions mesurées en fin de phase d’admission d’air dans le premier cylindre et dans le second cylindre et en comparant ladite différence avec une valeur de pression prédéterminée, le filtre étant estimé colmaté lorsque la comparaison donne une valeur supérieure à ladite valeur prédéterminée.
La présente invention concerne également un produit programme d’ordinateur, comprenant une série d’instructions de code pour la mise en oeuvre d’un procédé de détection d’un colmatage d’un filtre à air dans un moteur à combustion interne tel que décrit ci-dessus, quand il est mis en oeuvre par un calculateur.
La présente invention concerne en outre un dispositif de détection d’un colmatage d’un filtre à air dans un moteur à combustion interne comprenant :
- des moyens de détermination du régime du moteur,
- un calculateur électronique,
- une tubulure d’admission d’air frais,
- un capteur de pression apte à mesurer la pression dans la tubulure d’admission, et
- un dispositif apte à faire varier la section de passage d’air dans ladite tubulure d’admission, ledit dispositif comportant des moyens électroniques configurés pour :
- mesurer une pression dans la tubulure d’admission en fin d’une phase d’admission d’air dans un cylindre,
- mesurer une pression dans la tubulure d’admission en fin de phase d’échappement dans un cylindre,
- déterminer un colmatage du filtre à air selon une comparaison faite entre, d'une part, au moins une pression mesurée au cours d’au moins une mesure de pression en fin de phase d’admission d’air dans un cylindre et, d'autre part, au moins une pression mesurée au cours d’au moins une mesure de pression en fin de phase d’échappement, le filtre étant estimé colmaté lorsque la comparaison donne une valeur supérieure à une valeur prédéterminée.
Enfin, un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de détection de colmatage d’un filtre à air tel que défini ci-dessus est aussi un objet de la présente invention.
Des détails et avantages de la présente invention apparaîtront mieux de la description qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel :
La figure 1 est une courbe de variation de la pression dans une tubulure d’admission d’un moteur bicylindre, et
La figure 2 est un logigramme illustrant un procédé pour détecter le colmatage d’un filtre à air du moteur considéré.
La description qui suit concerne un procédé de détection de colmatage d’un filtre à air d’un moteur à combustion. À titre purement illustratif et non limitatif, on considère ici un moteur bicylindre à quatre temps. L’invention peut être mise en oeuvre avec plusieurs types de moteurs mais de préférence avec des moteurs quatre temps mono- ou bi-cylindre ou avec des moteurs monocylindres deux temps.
L’invention est plus particulièrement, mais non exclusivement, destinée à des moteurs travaillant dans des conditions sévères, notamment dans des atmosphères particulièrement chargées en poussières et/ou saletés. Il peut s’agir par exemple d’une machine telle une tondeuse à gazon professionnelle qui est souvent amenée à travailler dans une atmosphère très chargée en poussières, ou bien dans un autre exemple il peut s’agir d’une moto dite enduro ou tous terrains.
La figure 1 illustre la variation de la pression dans une tubulure d’admission d’un moteur bicylindre en V à 90°. On a choisi sur cette figure comme origine de la position angulaire du moteur le point mort haut combustion d’un premier cylindre. Comme on peut le voir sur cette figure, il y a des pics de pressions principaux 2 et des pics de pression intermédiaires 4. De même, il y a des creux de pression principaux 6 et des creux de pression intermédiaires 8. La pression dans la tubulure d’admission diminue lorsque de l’air entre dans un cylindre (généralement par ouverture d’une soupape d’admission). La pression augmente lorsqu’il n’y a plus d’air entrant dans les cylindres. Les temps d’ouverture d’une soupape, exprimés en degrés de rotation du moteur, ou °CRK, sont sensiblement les mêmes à chaque fois. Par contre, les temps pendant lesquels les deux soupapes d’admission (pour un moteur à quatre soupapes) sont fermées est une fois court et une fois plus long du fait de la géométrie du moteur (V à 90°). Ainsi, quand les deux soupapes d’admission sont fermées plus longtemps, la pression dans la tubulure d’admission a plus de temps pour atteindre sensiblement la pression atmosphérique extérieure. Par contre, les autres fois, lorsque les deux soupapes d’admission sont fermées moins longtemps, la pression dans la tubulure d’admission n’arrive pas à atteindre la pression atmosphérique lorsqu’une soupape d’admission s’ouvre. On a ainsi d’une part les pics de pression principaux 2 et d’autre part les pics de pression intermédiaires 4.
Comme indiqué ci-dessus, les temps d’ouverture des soupapes d’admission sont identiques. Par contre, comme il ressort de la figure 1, lorsqu’une soupape s’ouvre la pression dans la tubulure d’admission correspond soit à un pic de pression principal 2, soit à un pic de pression intermédiaire 4. Quand la pression à l’ouverture de la soupape d’admission est moindre, alors la pression à la fermeture de cette soupape est moindre également. La pression dans la tubulure d’admission correspond alors à un creux de pression principal 6.
L’invention est basée sur la constatation originale suivante : si le filtre à air est colmaté, pendant l’ouverture d’une soupape d’admission, qui est relativement brève, l’air aspiré dans le cylindre ne sera pas normalement remplacé dans la tubulure d’admission créant ainsi une plus grande dépression dans la tubulure d’admission. Ceci est d’autant plus marqué à l’ouverture d’une soupape d’admission suite à un pic de pression intermédiaire 4.
II est alors proposé avec le logigramme de la figure 2 de venir mesurer la pression dans la tubulure d’admission correspondant à des creux de pression successifs, un creux de pression intermédiaire 8 et un creux de pression principal 6, d’en faire la moyenne (arithmétique) et de comparer cette moyenne avec la valeur de la pression correspondant au pic de pression principal 2 suivant.
Le moteur est alimenté en air par la tubulure d’admission. Pour réguler le flux d’air dans le moteur, il est habituel de faire varier la section de passage de l’air dans la tubulure. De manière classique, la régulation du flux d’air se fait à l’aide d’un volet pivotant autour d’un axe perpendiculaire à la tubulaire d’admission volet appelé généralement (et par la suite) papillon (« throttle valve >> en anglais).
Pour la détection du colmatage d’un filtre à air, qui se trouve en amont du papillon, on prévoit de ne réaliser des mesures de pression que lorsque le papillon est entièrement ouvert ou presqu’entièrement ouvert. Dans une variante de réalisation préférée illustrée à la figure 2, les mesures de pression sont réalisées lorsque l’ouverture du papillon, qui peut s’exprimer en degrés (entre 0° et 90°), est supérieure à une valeur donnée en fonction du régime moteur ω. Sur la figure 2, on appelle PAP la position d’ouverture du papillon. Sur cette figure, la lettre « Y >> correspond à « oui >> tandis que la lettre « N >> correspond à « non >>. Ainsi si l’ouverture du papillon n’est pas suffisante par rapport au régime du moteur ω, on attend que la condition d’ouverture du papillon soit remplie pour effectuer des mesures de pression.
Lorsque le papillon est suffisamment ouvert, une première mesure de pression est réalisée. Cette mesure est une mesure de la pression dans la tubulure d’admission, en aval du papillon et en amont des soupapes d’admission. La plupart des moteurs intègrent un capteur de pression à cet endroit pour contrôler le débit d’air dans le moteur. La première mesure de pression est faite toujours lorsque le même premier piston arrive à son point mort bas, soit 180° avant le point mort haut combustion du premier cylindre. La pression dans la tubulure d’admission correspond alors à un creux de pression intermédiaire 8. Dans la présente configuration (moteur bicylindre en V à 90°), la mesure de pression suivante est réalisée 90°CRK, soit 270° après la première mesure. Elle correspond au point mort bas en fin de phase d’admission du second piston. Ces mesures de pression se font de préférence au point mort bas. Elles peuvent aussi être faites lorsque l’un et/ou l’autre piston se trouvent dans une autre position à proximité de leur point mort bas, par exemple à ± 20°CRK de ce point mort bas. On appelle ici de manière habituelle ° CRK la position angulaire d’un volant moteur du moteur et qui permet de définir la position précise des éléments mobiles de ce moteur.
Après ces deux mesures de pression, on fait une troisième mesure de pression correspondant à un pic de pression principal 2. Ce pic est atteint en fin de phase d’échappement dans le premier cylindre, c’est-à-dire avant que le premier piston atteigne son point mort haut croisement. La troisième mesure de pression se fait environ lorsque le piston du second cylindre commence à redescendre et que les soupapes d’admission sont encore fermées. Cette position correspond à environ 30° CRK avant le point mort haut croisement du premier piston.
On appelle MAPI, MAP2 et MAP3 les trois mesures de pression dans l’ordre dans lequel elles sont réalisées. MAP1 et MAP2 correspondent à un creux de pression et MAP3 à un pic de pression.
Lorsque ces trois mesures sont réalisées, on calcule :
- la moyenne des deux premières pressions mesurées, c’est-à-dire (MAP1 + MAP2)/2, et
- la différence, appelée MAP, entre MAP3 et cette moyenne :
MAP = MAP3 - (MAP1 + MAP2)/2.
Lorsque la valeur MAP est supérieure à une valeur prédéterminée, on estime que le filtre à air est colmaté. La valeur prédéterminée est définie en fonction du degré de colmatage admissible. Elle dépend du régime moteur ω et de la position (angulaire) du papillon, position appelée TPS.
Dans la détermination de MAP ci-dessus, la valeur MAP3 est sensiblement constante et correspond sensiblement à la pression atmosphérique. La géométrie de la tubulure d’admission influe également sur cette valeur, mais toujours de la même manière. Par contre, les valeurs MAP1 et MAP2 diminuent lorsque le filtre à air est colmaté. En effet, l’air a alors des difficultés pour arriver au moteur et on observe alors une plus grande dépression dans la tubulure d’admission lorsque l’air est aspiré dans les cylindres. De ce fait, la différence MAP augmente avec le colmatage du filtre à air.
Pour éviter de fausses détections du colmatage du filtre à air, il est prévu de manière préférée, comme illustré sur la figure 2, d’avoir plusieurs détections de colmatage avant de considérer le filtre comme colmaté. Ainsi, on prévoit une valeur incrémentale N qui est incrémentée, par exemple d’une unité, lorsqu’un colmatage est détecté et qui est décrémentée, par exemple d’une unité, lorsque la valeur MAP reste en-dessous du seuil prédéfini. Lorsque N dépasse alors une valeur No, le filtre à air est considéré comme colmaté et un voyant s’allume.
On réalise ainsi une détection fiable du colmatage d’un filtre à air et l’utilisateur est averti par l’allumage du voyant de la nécessité de changer ce filtre.
Le procédé ci-dessus présente comme avantage de ne pas nécessiter la présence d’un capteur spécifique pour réaliser une détection de colmatage (ou encrassement ou bouchage) d’un filtre à air.
Un autre avantage de ce procédé est qu’il n’utilise qu’un seul capteur. Ainsi, même si la valeur absolue mesurée par le capteur est erronée, la détection étant basée sur des différences de pression, le capteur peut travailler de manière fiable. Pour cette raison aussi (un seul capteur), la détection reste fiable même lorsque les conditions extérieures changent : variation d’altitude, modification de la pression atmosphérique extérieure, ....
Le procédé décrit peut aussi s’adapter à des moteurs monocylindres, à deux temps ou quatre temps. Ce procédé peut aussi être mis en oeuvre avec un moteur à carburateur. Selon le moteur, la stratégie de mesure de pression devra être adaptée. L’idée est de mesurer une dépression dans la tubulure d’admission en fin de phase d’admission dans au moins un cylindre et de comparer cette dépression à une « haute >> pression dans cette tubulure comme cela se produit juste après une phase d’échappement dans un cylindre.
Le fait que la détection se fasse, d'une part, lorsque la pression (ou différence de pression) est supérieure à un seuil prédéterminé et, d'autre part, que cette détection se fasse en fonction des paramètres moteur (ici le régime moteur et l’angle d’ouverture du papillon d’admission) permet d’avoir une détection du colmatage au plus près de l’état de colmatage du filtre à air.
L’homme du métier envisagera de nombreuses variantes de réalisation pour détecter un colmatage de filtre à air sur la base de la description qui précède.
Ainsi par exemple le nombre de mesures de pression (basse pression et haute pression) peut être adapté. On peut avoir une seule, ou bien plus de deux, mesure de basse pression. De même, au lieu d’avoir une seule mesure de haute pression, on pourrait prévoir de faire deux (ou plus) mesures de hautes pressions. Quand plusieurs 5 pressions (d’un même type, basse ou haute) sont mesurées, il a été proposé de faire la moyenne arithmétique des valeurs mesurées. Un autre calcul pour tenir compte de ces pressions pourrait être envisagé, par exemple une moyenne pondérée pour donner plus d’importance à telle ou telle mesure.
Pour simplifier le procédé, on pourrait prévoir que la détection n’est réalisée 10 que lorsque le papillon est entièrement ouvert. Ceci limite les plages dans lesquelles une détection est réalisée mais n’enlève rien à la fiabilité de la détection.
La gestion des fausses détections peut être tout à fait différente de la gestion proposée ci-dessus à l’aide de la variable incrémentale N. On pourrait par exemple prévoir qu’il faut un nombre prédéterminé de détections successives pour déterminer que 15 le filtre est colmaté.
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation du procédé décrite ci-dessus et aux variantes évoquées mais elle concerne également les variantes de réalisation à la portée de l’homme du métier.
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Procédé de détection d’un colmatage d’un filtre à air dans un moteur à combustion interne comportant, d'une part, au moins un piston se déplaçant dans un cylindre et, d'autre part, une tubulure d’admission d’air frais et un dispositif apte à faire varier la section de passage d’air dans ladite tubulure d’admission, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes lorsque la section de passage d’air dans la tubulure d’admission est supérieure à une section de passage prédéterminée :- mesure d’une pression dans la tubulure d’admission en fin d’une phase d’admission d’air dans un cylindre,- mesure d’une pression dans la tubulure d’admission en fin de phase d’échappement dans un cylindre,- détermination du colmatage du filtre à air selon une comparaison faite entre, d'une part, au moins une pression mesurée au cours d’au moins une mesure de pression en fin de phase d’admission d’air dans un cylindre et, d'autre part, au moins une pression mesurée au cours d’au moins une mesure de pression en fin de phase d’échappement, le filtre étant estimé colmaté lorsque la comparaison donne une valeur supérieure à une valeur prédéterminée.
- 2. Procédé de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mesure de pression en fin de phase d’admission d’air dans un cylindre est effectuée lorsque le piston correspondant se trouve à son point mort bas, par exemple à ± 20° de son point mort bas.
- 3. Procédé de détection selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la mesure de pression en fin de phase d’échappement dans un cylindre est effectuée lorsque le piston correspondant se trouve à environ -30° de son point mort haut, par exemple entre - 50 ° et - 10 ° de son point mort haut.
- 4. Procédé de détection selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le filtre à air est considéré comme colmaté lorsque plusieurs étapes de détermination du colmatage du filtre à air ont conduit à une estimation de filtre à air colmaté.
- 5. Procédé de détection selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comporte en outre une étape de signalement, par exemple visuel ou acoustique, lorsqu’un colmatage du filtre à air est détecté.
- 6. Procédé de détection selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moteur à combustion interne comporte deux pistons se déplaçant chacun dans un cylindre et en ce qu’il comporte les étapes suivantes lorsque la section de passage d’air dans la tubulure d’admission est supérieure à une section de passage prédéterminée :- mesure d’une pression dans la tubulure d’admission en fin d’une phase d’admission d’air dans un premier cylindre,- mesure d’une pression dans la tubulure d’admission en fin d’une phase d’admission d’air dans le second cylindre,- mesure d’une pression dans la tubulure d’admission en fin de phase d’échappement dans le premier cylindre,- détermination du colmatage du filtre à air en calculant la différence entre, d'une part, la pression mesurée en fin d’échappement dans le premier cylindre et, d'autre part, la moyenne des deux pressions mesurées en fin de phase d’admission d’air dans le premier cylindre et dans le second cylindre et en comparant ladite différence avec une valeur de pression prédéterminée, le filtre étant estimé colmaté lorsque la comparaison donne une valeur supérieure à ladite valeur prédéterminée.
- 7. Produit programme d’ordinateur, comprenant une série d’instructions de code pour la mise en oeuvre d’un procédé de détection d’un colmatage d’un filtre à air dans un moteur à combustion interne selon l'une des revendications 1 à 6, quand il est mis en oeuvre par un calculateur.
- 8. Dispositif de détection d’un colmatage d’un filtre à air dans un moteur à combustion interne comprenant :- des moyens de détermination du régime du moteur,- un calculateur électronique,- une tubulure d’admission d’air frais,- un capteur de pression apte à mesurer la pression dans la tubulure d’admission, et- un dispositif apte à faire varier la section de passage d’air dans ladite tubulure d’admission, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte des moyens électroniques configurés pour :- mesurer une pression dans la tubulure d’admission en fin d’une phase d’admission d’air dans un cylindre,- mesurer une pression dans la tubulure d’admission en fin de phase d’échappement dans un cylindre,- déterminer un colmatage du filtre à air selon une comparaison faite entre, d'une part, au moins une pression mesurée au cours d’au moins une mesure de pression en fin de phase d’admission d’air dans un cylindre et, d'autre part, au moins une pression mesurée au cours d’au moins une mesure de pression en fin de phase d’échappement, le filtre 5 étant estimé colmaté lorsque la comparaison donne une valeur supérieure à une valeur prédéterminée.
- 9. Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de détection de colmatage d’un filtre à air selon la revendication 8.
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