Contrôle moteur, stratégies |
Voici une liste des stratégies les plus courrament utilisées sur les moteurs a allumage commandé. J'ai essayé de les décrire le plus clairemant possible ce qui n'est pas évident.
La détection de cliquetisNécessité d’une détection du cliquetis Une détection efficace du cliquetis permet, indirectement, de réduire la consommation des moteurs. En effet le rendement d’un moteur dépend directement de son taux de compression, malheureusement un taux de compression élevé favorise aussi l’apparition du cliquetis. Les moteurs récents ont des taux de compression les plus élevés possibles ce qui tend à réduire la marge de sécurité entre l’avance à l’allumage optimale et celle qui provoque l’apparition du cliquetis. Cette marge étant aujourd’hui très faible, il est possible que dans certains cas de fonctionnement, du cliquetis apparaisse (forte chaleur, mauvais carburant…). Si on veut pouvoir travailler au plus proche de cette limite (et donc au meilleur rendement), le système de contrôle moteur doit être capable déceler son apparition et de diminuer l’avance à l’allumage afin d’éviter toute détérioration du moteur. Caractéristiques du cliquetis Le phénomène appelé cliquetis est une inflammation en masse du mélange air/carburant en amont du front de flamme. Cette inflammation incontrôlée et violente provoque des ondes de pression destructrices dans la chambre de combustion à une fréquence caractéristique de 5-15kHz. C’est par la mesure de ces vibrations caractéristiques que va s’effectuer sa détection. Pour plus de détails a propos du cliquetis cliquez ici Remarque : C’est généralement à bas régime et toujours à forte charge que le cliquetis apparaît. Diminuer l'avance à l'allumage permet d'éliminer le cliquetis car retarder la combustion permet de diminuer les températures et pressions maximales atteintes pendant la combustion.
Le capteur de cliquetis Le capteur est en fait un accéléromètre qui va mesurer les vibrations du bloc moteur. Les capteurs piézoélectriques sont particulièrement efficaces en ce qui concerne les mesures a haute fréquence. Lorsqu’on applique une contrainte à un élément en quartz des électrons sont chassés de sa structure cristalline, il apparaît donc une tension aux bornes de l’élément. Dans le cas du capteur de cliquetis, un élément en quartz est monté en sandwich entre une pièce solidaire du bloc moteur et une masse sismique. Les vibrations vont donc engendrer des efforts de compression et de traction à l’élément sensible par l’intermédiaire de la masse sismique (voir fig2). Le signal du capteur sera alors l’image des vibrations du bloc moteur, en analysant la fréquence de celui-ci on peut déterminer s’il y a ou non présence de cliquetis.
Implantation
L’endroit d’implantation doit être choisi de manière à permettre la détection du cliquetis sur n’importe lequel des cylindres. Pour les moteurs ayant plus de quatre cylindres il est parfois nécessaire de monter plusieurs capteurs à différents endroits du bloc pour assurer une détection fiable sur chacun des cylindres. Les moteurs en V par exemple sont souvent équipés de deux capteurs de cliquetis (un par rangée de cylindres)
Stratégie de détection/correction Suppression du cliquetis
Fausses détections
Pour éviter les fausses détections on utilise ce qu’on appelle des fenêtres de détection. Le signal de capteur ne sera pris en compte que pendant les phases du cycle ou se déroulent les combustions. Cela évite qu’un choc (soupape qui se ferme, piston qui bascule...) ne soit interprété comme du cliquetis malgré tout il arrive que ces bruit soient phasés avec la combustion ce qui pose des problèmes.
Apprentissage adaptatif
Sur les moteurs équipés d'un allumage capable d'appliquer une avance particulière sur chaque cylindre (la plupart aujourd’hui, il faut noter qu'un allumage a bobines jumostatiques n'empèche pas d'appliquer une avance différente à chaque cylindre du moment que le moteur est phasé) le calculateur va déterminer sur quel cylindre apparaît le cliquetis et corriger l’avance uniquement sur celui-ci. Cette méthode permet une optimisation de l’avance sur chacun des cylindres. Leurs températures de fonctionnement, remplissage, richesse… étant légèrement différentes leur avance optimale le sera aussi.
La valeur nominale de l’avance de chacun des cylindres est mémorisée dans le calculateur et évolue avec le vieillissement du moteur au cours du temps en fonction de leur sensibilité au cliquetis.
Autre application des accéléromètres
On peut s’étonner de voir sur les moteurs Diesel ces mêmes capteurs. Ils ont en fait un rôle tout à fait différent. Ils permettent de corriger l’évolution dans le temps du délai d’ouverture des injecteurs (usure). Lors d’un « pied levé » le calculateur coupe l’injection et ensuite augmente le temps d’activation des injecteurs jusqu'à mesurer les vibrations dues à une combustion. Il peut ainsi déterminer le délai d’ouverture (en fait ouverture+inflammation) de chaque injecteur (permet aussi de déceler une défaillance d’un injecteur) Aujourd’hui les cycles d’homologation commencent à comptabiliser les polluants dès que le moteur a démarré or c’est dans cette phase de fonctionnement à froid que sont émis une part importante des polluants du cycle. On comprend donc l’importance d’avoir un catalyseur efficace le plus tôt possible. De plus en plus souvent les véhicules sont équipés d’un second petit catalyseur (à faible inertie thermique) placé très près de la culasse nommé « light off ». On va s’efforcer réveiller ce catalyseur le plus vite possible en retardant l’avance à l’allumage (diminuer l’avance augmente la température des gaz à l’échappement car la combustion ayant lieu plus tard dans le cycle les gaz subissent une détente beaucoup plus courte, on en extrait moins de travail il reste donc plus de chaleur). Une fois que ce petit catalyseur est suffisamment chaud pour amorcer une catalyse on va lancer une seconde stratégie plus subtile. On va se servir de ce petit catalyseur pour réchauffer le cata principal d’où son nom « light off » pour allumage comme pour les fusées 3…2…1…light off ! Pour que ce petit catalyseur se transforme presque en lance flamme on va lui faire parvenir de l’air et de l’essence en faisant tourner deux cylindres en mélange pauvre et deux autres en mélange riche. Le light off est traversé par de l’air et de l’essence il est donc le siège d’une puissante catalyse exothermique. Les difficultés sont de ne pas lancer la stratégie trop tôt car si le light off n’est pas suffisamment chaud l’essence va le traverser sans réagir, et que s’il fait vraiment froid les cylindres fonctionnant en mélange pauvre risquent d’avoir des ratés.
Remarque : enrichir simplement le mélange sur tous les cylindres n’aurait eu aucun effet car s’il n’y a que de l’essence en excès le catalyseur ne fera absolument rien, il faut de l’air !. |
