EP2024622A1 - Procede et systeme de pilotage continu de la position d'un actionneur de changement de taux de compression d'un moteur thermique - Google Patents

Procede et systeme de pilotage continu de la position d'un actionneur de changement de taux de compression d'un moteur thermique

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Publication number
EP2024622A1
EP2024622A1 EP07788951A EP07788951A EP2024622A1 EP 2024622 A1 EP2024622 A1 EP 2024622A1 EP 07788951 A EP07788951 A EP 07788951A EP 07788951 A EP07788951 A EP 07788951A EP 2024622 A1 EP2024622 A1 EP 2024622A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control
cylinder
movable
lever
jack
Prior art date
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Granted
Application number
EP07788951A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP2024622B1 (fr
Inventor
Gwennael Favennec
Jacques Obert
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.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP2024622A1 publication Critical patent/EP2024622A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP2024622B1 publication Critical patent/EP2024622B1/fr
Ceased legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/045—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable connecting rod length
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D15/00—Varying compression ratio
    • F02D15/02—Varying compression ratio by alteration or displacement of piston stroke

Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal engines, and proposes in particular a method and a system for continuously controlling the position of a compression ratio change actuator of a heat engine.
  • the volumetric ratio is the ratio of the volume of the combustion chamber when the piston is at the bottom dead point (PM B) in the cylinder and the volume of the combustion chamber in the combustion phase, with the piston in the top dead center position (TDC).
  • PM B bottom dead point
  • TDC top dead center position
  • the object of the present invention is to overcome certain disadvantages of the prior art by proposing a control method which makes it possible to continuously and automatically adjust the position of the actuator for changing the compression ratio of a heat engine.
  • This object is achieved by a method of continuously controlling the position of a compression ratio change actuator of a heat engine, implemented by a control system including a jack type actuator for driving a damping mechanism.
  • a servo-control device for controlling the displacement of the jack and means of control of the servo-control device, the method comprising a control step by the control means of a movement of the jack, characterized in that said control step comprises: a step of moving on a first determined distance from a point of articulation of a lever connected by another point of articulation with a movable cylinder member projecting from a cylinder body; and
  • the step of controlling the displacement of the jack comprises the generation of a position setpoint by an electric stepping motor causing the displacement according to said first determined distance of the point of articulation between the lever and an actuator member. positioning associated with the electric motor.
  • the fluid injection step is triggered by a translational movement step of a multi-lane mobile circuit part of the distribution means, integral with the control member, said injection step being performed as long as the movable circuit portion extends a fixed circuit portion of the distribution means for supplying fluid to two actuator inputs disposed on either side of a stroke zone of a piston of the cylinder.
  • the mechanical type of regulation step is initiated by a rotation of the lever around the point of articulation of the lever with the positioning member, this rotation of the lever being driven via the other point of articulation with the movable element of cylinder.
  • the mechanical type of regulation step comprises a step of translation displacement of a multi-lane mobile circuit part of the distribution means, integral with the control member, said injection step being stopped as soon as the movable circuit part is offset relative to a fixed circuit part of the distribution means for supplying fluid to two actuator inputs disposed on either side of a stroke zone of a cylinder piston .
  • the mechanical type of regulation step comprises a step of immobilization of the movable element of cylinder, in which a valve of the fluid distribution means completely closes the accesses to the jack.
  • a further object of the present invention is to provide a simple servo-controlled system for quickly and optimally controlling the position of a compression rate change actuator.
  • the invention relates to a system for continuously controlling the position of a compression ratio change actuator of a heat engine, comprising a cylinder-type actuator movable in translation between two ends, making it possible to drive a mechanism for adjusting the variation of the compression ratio by modifying the stroke of at least one piston of the engine, a source of pressurized fluid associated with a circuit for allowing the cylinder to move in two opposite directions, a device for servo-control for controlling the displacement of the jack and the control means of the servo-control device, characterized in that the servo-control device comprises:
  • Fluid distribution means for controlling the position of a movable cylinder member protruding from a cylinder body
  • the control means of the servo device comprising a movable member in translation connected to the lever by a third point of articulation further from the first point of articulation than the second point of articulation.
  • the distribution means comprise: a fixed circuit part including connections with two respective ducts for supplying fluid to two actuator inputs disposed on either side of a stroke zone of a piston of the piston; cylinder; and - A multi-channel mobile circuit part, driven in translation by the control member.
  • the dispensing means comprise a three-position and four-way valve or distributor with two channels being connected to the jack and a channel being connected to the source of fluid under pressure.
  • control means comprise an electric stepper motor associated with a positioning member of the third pivot point of the lever for generating a position command, the positioning member being movable in translation between two corresponding ends. each at an end position of the movable cylinder member.
  • the system according to the invention makes it easy to size the electric motor that does not develop the force but is assisted by the hydraulic cylinder.
  • the actuator of the jack type is disposed along a first axis parallel to the axis of translation of the movable member of the control means and to an intermediate axis of translation of the movable control member means of distribution.
  • the distance between the first axis and the intermediate axis is greater than the distance between the intermediate axis and the translation axis of the movable member of the control means.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a hydraulic actuator for driving the mechanism for varying the compression ratio, slaved according to a mechanical regulation mode of the system according to the invention
  • FIG. 2 shows a linear analysis of the operation of a slave system according to the invention
  • FIG. 3 represents a step diagram of the method for controlling the position of the actuator according to one embodiment of the invention.
  • the control system makes it possible to continuously adjust the position of a cylinder (2) actuator for changing the compression ratio of a heat engine, with a regulation of the mechanical type.
  • a source of pressurized fluid (S) is associated with a circuit to allow movement of the cylinder (2) in two opposite directions.
  • the actuator can thus consist of a cylinder (2) hydraulic double effect single rod.
  • a system according to the invention can be used to control for example the angular portion of an eccentric axis which acts mechanically on the variation of the compression ratio, as in EP 1418 322.
  • a system according to the invention can also control the position of a rack which acts on the variation of the compression ratio as in the document FR 2 763 097.
  • a rod end of cylinder is integral with the mechanism for adjusting the compression ratio. By controlling the displacement of such a cylinder rod end, it is allowed to adjust the variation of the compression ratio.
  • the servo-control device (4) associated with the cylinder (2) comprises fluid distribution means (V) for controlling the position of a movable cylinder element (21) protruding with respect to a cylinder body (22). .
  • Control means (1) for controlling the position are also provided for controlling the servo device (4).
  • a mechanical connection made for example by a lever with three joints makes it possible to connect the movable cylinder element (21), a control member (40) of the distribution means (V) and a lever drive member (12). (3) control means (1).
  • the lever (3) articulated with the moving cylinder element (21) at a first articulation point (31) comprises a second articulation point (32) with the control member ( 40) movable in translation controlling the dispensing means (V).
  • Lever (3) can rotating around the first articulation point (31) by means of control means (1) which trigger a displacement of the lever driving member (12) which is connected opposite the third point d articulation (33).
  • the third hinge point (33) is further away from the first hinge point (31) than the second hinge point (32).
  • this second intermediate hinge point (32) supports the control member (40) which drives in translation a multi-lane mobile circuit part of the distribution means (V).
  • the distribution means (V) comprise a fixed circuit part including connections with two pipes (C1, C2) respectively for supplying fluid to two inputs of the jack (2) disposed on either side of a travel zone of the piston (20) of the cylinder (2).
  • the movable circuit portion can be moved relative to the fixed circuit portion in a translation movement along a translation axis (A2) of the control member (40).
  • the dispensing means (V) comprise a valve or distributor with three-position spool (PO, P1, P2) and four lanes, two lanes being connected to the jack (2) and one lane being connected to the source of fluid under pressure (S).
  • PO, P1, P2 three-position spool
  • S source of fluid under pressure
  • the dispenser can be of bistable type with a roller control or any other similar command (push button for example).
  • the control means (1) comprise an electric stepper motor (10) associated with a positioning member (11) of the third articulation point (33). ) of the lever (3).
  • the electric motor (10) can thus generate a position command.
  • the positioning member (11) is movable in translation between two ends each of which may correspond to an end-of-travel position of the movable cylinder member (21).
  • the electric stepper motor (10) is of low power and associated with a screw-nut type device.
  • a step may correspond to a 2 mm displacement of the position of the positioning member (11) of the third articulation point (33).
  • the control means (1) can trigger a displacement on a first determined distance (Xm) from this point of articulation (33) of the lever (3) when an instruction (I) is received. from an electronic unit for monitoring and managing the compression ratio (not shown).
  • Xm first determined distance
  • the actuator cylinder (2) can not be moved and the first pivot point (31) initially forms a pivot of rotation of the lever (3).
  • the electric motor (10) triggers a movement of the lever (3).
  • the position setpoint is created by means of the electric stepper motor (10) from the instruction (I), each step corresponding to a minimum travel step of position.
  • the distribution means (V) are controlled simultaneously by the electric motor (10) and the position of the stop (B) formed at the level of the first articulation point (31) of the lever (3). .
  • a rotational movement of the lever (3) occurs around the first point of articulation (31).
  • the lever (3) allows the realization of a mechanical control in position.
  • the mechanical connection between the jack (2), the distributor (V) and the finger forming the positioning member (11) of the electric motor (10) may consist of a lever of suitable shape.
  • the lever does not have a fixed marker and evolves according to the position of each of the three components that it connects.
  • the electric motor (10) imposes a set longitudinal position on his finger moved along the axis (A3) of translation of the third point of articulation (33).
  • This positioning member (11) formed by a finger then actuates via the lever (3) a displacement of the valve according to the gear ratio:
  • L represents the distance (L) between the first axis (A1) of the cylinder (2) and the intermediate axis (A2);
  • I represents the distance (I) between the intermediate axis (A2) and the third axis (A3) of translation of the movable member (12) of the control means (1).
  • the lever (3) can therefore articulate from its connection with the cylinder (3).
  • the aforementioned ratio can be between 0.5 and 0.9 with the intermediate axis (A2) closer to the third axis (A3) than the first axis (A1).
  • the gear ratio for the displacement of the valve can be chosen less than 0.5.
  • the displacement of the movable circuit part of the distribution means (V) allows access of the fixed circuit fixed part to a position (P1, P2) of fluid flow to the cylinder (2).
  • This has the effect of moving the cylinder (2) in the opposite direction of the finger forming the positioning member (11) of the electric motor (10).
  • the extent (Xve) of the displacement of the movable cylinder member (21) is limited insofar as this displacement has the effect of closing the dispensing valve, as shown on the right of Figure 2.
  • a return to the position resting point (PO) is triggered by the displacement of the movable cylinder member (21).
  • the third hinge point (33) is then frozen as the electric motor (10) has stopped.
  • the displacement of the movable cylinder member (21) generates an additional rotation of the lever (3) with an effect on the control member (40) of the distribution means (V) which is opposite to the effect exerted during rotation about the first hinge point (31).
  • the system according to the invention can be modeled for the correction, in a simplified manner with a transfer function of the following type:
  • the control system according to the invention is naturally dimensioned adequately with respect to the characteristics of the variable compression ratio engine to which the actuator cylinder (2) is connected.
  • the cutoff frequency of the corrector thus formed must be chosen so as not to cause instability.
  • a cutoff frequency such as:
  • the control method in the position of the actuator cylinder (2) for driving the mechanism for adjusting the position of the engine heat pistons provides a step (5) for controlling by the control means (1) a movement of the actuator (2).
  • the control step (5) first comprises a step (50) of displacement over a predetermined distance (Xm) of the articulation point (33) of the lever (3) opposite to the hinge point (31) fixed lever (2) located at the cylinder (2).
  • this displacement of the third hinge point (33) is driven by the positioning member (11) associated with the electric motor (10).
  • the method provides during the control step (5) the generation of a position command via the electric stepper motor (10).
  • the electric motor (10) can be of low power and a power amplification is obtained between the setpoint and the range (Xve) of the displacement of the actual position of the stop (B) of the movable element (21) of the jack (2).
  • the control step (5) comprises a step (52) for injecting fluid into the jack (2), in which the fluid distribution means (V) connected to the jack (2) make it possible to carry out the step (53) for changing the position of the movable cylinder member (21).
  • the injection step (52) is triggered by the control member (40) of the dispensing means (V).
  • This control member (40) is for example movable in translation and secured to the lever (3) by the point of articulation (32) intermediate.
  • each hinge point (31, 32, 33) may be provided with a cam or a similar mechanical connecting member.
  • a step (51) of displacement in translation of a multi-lane mobile circuit part of the distribution means (V), integral with the control member (40), makes it possible to control the injection step (52) of fluid.
  • This injection step (52) can be performed as long as the movable circuit portion extends the fixed circuit portion of the distribution means (V) for supplying fluid to the two inputs of the cylinder (2). These inputs are arranged on either side of the piston stroke zone (20) of the cylinder (2). A valve or spool valve can be used to trigger / stop the injection according to the command provided by the controller (40).
  • the piston (20) of the cylinder (2) will be displaced along the axis (A1) of translation in one direction or another.
  • the displacement of the movable cylinder element (21) takes place, either in a first direction of withdrawal when the positioning member (11) moves backwards, or in a second thrust direction when the positioning member (11) extends.
  • in the first direction of movement corresponds the first active position (P1) of the slide valve: there is withdrawal of the movable cylinder member (21).
  • the second active position (P2) corresponds to the second direction of movement: the movable element of cylinder (21) advances and exerts a thrust on the mechanism for adjusting the position of the engine heat pistons.
  • the control step (5) is followed by a step (54) of mechanical type regulation of the position of the moving cylinder element (21).
  • the lever (3) drives the control member (40) in an orientation in correspondence with the direction of movement of the step (53) for modifying the position of the jack (2). This stops the fluid injection.
  • This step (54) of mechanical type regulation is initiated by a rotation of the lever (3) around the third hinge point (33). The rotation of the lever (3) is itself driven from the other point of articulation (31) with the movable member of cylinder (21) moving.
  • the method comprises a step (55) of displacement in translation of the multi-channel mobile circuit part of the distribution means (V).
  • the injection step (52) can be stopped as soon as the movable circuit portion is offset relative to a fixed circuit portion of the distribution means (V).
  • the regulation step then ends with a step of immobilizing the movable cylinder element (21), in which the valve of the fluid distribution means (V) completely closes the accesses to the cylinder (2). It is understood that this succession of steps occurs in a very short time interval, which makes the steering system efficient.
  • control system can be integrated outside the engine casing, a line pressure must simply be available.
  • system eliminates electronic loopback.

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Description

Procédé et système de pilotage continu de la position d'un actionneur de changement de taux de compression d'un moteur thermique
La présente invention concerne le domaine des moteurs thermiques, et propose en particulier un procédé et un système de pilotage continu de la position d'un actionneur de changement de taux de compression d'un moteur thermique.
Le rapport volumétrique, ou taux de compression, désigne le rapport entre le volume de la chambre de combustion lorsque le piston est au point mort bas (P. M. B) dans le cylindre et le volume de la chambre de combustion en phase de combustion, avec le piston en position point mort haut (P. M. H.). Pour contrôler et ajuster avec précision le taux de compression, il est nécessaire de gérer la position d'un actionneur de changement de taux de compression en continu. Cela permet d'augmenter les performances et les gains d'un tel dispositif. Pour y parvenir, il est fondamental de disposer d'une commande assurant la maîtrise de la position de l'actionneur sur toute sa course tout en maintenant la position souhaitée en phase statique.
Il est connu, par exemple par le document EP 1 418 322, des systèmes permettant de contrôler la position d'un actionneur de commande d'un moteur à cylindrée variable. Un asservissement à l'aide de pompes hydrauliques est contrôlé par un contrôleur. Le système prévoit des boucles de régulation fermées nécessitant un capteur de position ou d'angle au plus prêt de l'actionnement et un bouclage par l'intermédiaire d'un calculateur. Des problèmes liés à l'encombrement et au coût limitent l'utilisation de tels systèmes complexes, qui requièrent un nombre important de capteurs pour garantir un ajustement efficace du taux de compression.
D'autres solutions existantes, comme par exemple dans le brevet FR 2 763 097, utilisent un système de commande avec un dispositif d'asservissement de faible puissance. Les bouclages de faible puissance associés à un actionnement par les efforts perturbateurs du moteur occasionnent toutefois des durées d'actionnement trop longues et sont donc mal adaptées à une optimisation efficace.
Il existe donc un besoin pour trouver une solution simple de conception, efficace et de moindre encombrement pour permettre de gérer la position de l'actionneur de changement de taux de compression.
La présente invention a pour but de pallier certains inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé de pilotage qui permet d'ajuster de façon continue et automatique la position de l'actionneur de changement de taux de compression d'un moteur thermique. Ce but est atteint par un procédé de pilotage continu de la position d'un actionneur de changement de taux de compression d'un moteur thermique, mis en œuvre par un système de pilotage incluant un actionneur de type vérin permettant d'entraîner un mécanisme d'ajustement de la position de pistons thermiques du moteur (ce qui permet donc d'ajuster le taux de compression), un dispositif d'asservissement pour commander le déplacement du vérin et des moyens de contrôle du dispositif d'asservissement, le procédé comprenant une étape de commande par les moyens de contrôle d'un déplacement du vérin, caractérisé en ce que ladite étape de commande comporte : - une étape de déplacement sur une première distance déterminée d'un point d'articulation d'un levier relié par un autre point d'articulation avec un élément mobile de vérin faisant saillie par rapport à un corps de vérin ; et
- une étape d'injection d'un fluide dans le vérin utilisant des moyens de distribution de fluide connectés au vérin pour générer une étape de modification de position de l'élément mobile de vérin, l'étape d'injection étant déclenchée par un organe de commande des moyens de distribution mobile en translation et rendu solidaire du levier par un point d'articulation intermédiaire ; l'étape de commande étant suivie d'une étape de régulation de type mécanique de la position de l'élément mobile de vérin, dans laquelle le levier entraîne l'organe de commande selon une orientation en correspondance avec le sens de déplacement de ladite étape de modification de position, pour permettre de stopper l'injection de fluide.
Ainsi, grâce au procédé selon l'invention, il est très avantageusement permis d'ajuster la position de l'actionneur de manière continue, avec une correction de position de type proportionnelle et une régulation présente naturellement en raison de la liaison mécanique entre le dispositif d'asservissement et l'actionneur.
Selon une autre particularité, l'étape de commande de déplacement du vérin comprend la génération d'une consigne de position par un moteur électrique pas à pas entraînant le déplacement selon ladite première distance déterminée du point d'articulation entre le levier et un organe de positionnement associé au moteur électrique.
Selon une autre particularité, l'étape d'injection de fluide est déclenchée par une étape de déplacement en translation d'une partie de circuit mobile à voies multiples des moyens de distribution, solidaire de l'organe de commande, ladite étape d'injection étant réalisée tant que la partie de circuit mobile prolonge une partie de circuit fixe des moyens de distribution permettant d'alimenter en fluide deux entrées du vérin disposées de part et d'autre d'une zone de course d'un piston du vérin. Selon une autre particularité, l'étape de régulation de type mécanique est initiée par une rotation du levier autour du point d'articulation du levier avec l'organe de positionnement, cette rotation du levier étant entraînée via l'autre point d'articulation avec l'élément mobile de vérin.
Selon une autre particularité, l'étape de régulation de type mécanique comprend une étape de déplacement en translation d'une partie de circuit mobile à voies multiples des moyens de distribution, solidaire de l'organe de commande, ladite étape d'injection étant stoppée dès que la partie de circuit mobile est décalée par rapport à une partie de circuit fixe des moyens de distribution permettant d'alimenter en fluide deux entrées du vérin disposées de part et d'autre d'une zone de course d'un piston du vérin.
Selon une autre particularité, l'étape de régulation de type mécanique comprend une étape d'immobilisation de l'élément mobile de vérin, dans laquelle une vanne des moyens de distribution de fluide obture complètement les accès au vérin.
Un objet supplémentaire de la présente invention est de proposer un système asservi simple de conception permettant de piloter rapidement et de façon optimale la position d'un actionneur de changement de taux de compression.
A cet effet, l'invention concerne un système de pilotage continu de la position d'un actionneur de changement de taux de compression d'un moteur thermique, comprenant un actionneur de type vérin, mobile en translation entre deux extrémités, permettant d'entraîner un mécanisme d'ajustement de la variation du taux de compression en modifiant la course d'au moins un piston du moteur, une source de fluide sous pression associée à un circuit pour permettre un déplacement du vérin dans deux sens opposés, un dispositif d'asservissement pour commander le déplacement du vérin et des moyens de contrôle du dispositif d'asservissement, caractérisé en ce que le dispositif d'asservissement comporte :
- des moyens de distribution du fluide pour contrôler la position d'un élément mobile de vérin faisant saillie par rapport à un corps de vérin ; et
- un levier articulé avec l'élément mobile de vérin en un premier point d'articulation et comprenant un second point d'articulation avec un organe de commande mobile en translation permettant de commander les moyens de distribution ; les moyens de contrôle du dispositif d'asservissement comprenant un organe mobile en translation relié au levier par un troisième point d'articulation plus éloigné du premier point d'articulation que du second point d'articulation.
Ainsi, le système selon l'invention qui ne requiert ni bouclage ni dimensionnement en puissance d'un actionneur électrique est compact et simple de conception.
Selon une autre particularité, les moyens de distribution comprennent : - une partie de circuit fixe incluant des connexions avec deux canalisations respectives pour alimenter en fluide deux entrées du vérin disposées de part et d'autre d'une zone de course d'un piston du vérin ; et - une partie de circuit mobile à voies multiples, entraînée en translation par l'organe de commande.
Selon une autre particularité, les moyens de distribution comprennent une vanne ou distributeur à tiroir trois positions et quatre voies, deux voies étant reliées au vérin et une voie étant reliée à la source de fluide sous pression.
Selon une autre particularité, les moyens de contrôle comprennent un moteur électrique pas à pas associé à un organe de positionnement du troisième point d'articulation du levier pour générer une consigne de position, l'organe de positionnement étant mobile en translation entre deux extrémités correspondant chacune à une position de fin de course de l'élément mobile de vérin.
Ainsi, le système selon l'invention permet de dimensionner facilement le moteur électrique qui ne développe pas l'effort mais est assisté par le vérin hydraulique.
Selon une autre particularité, l'actionneur de type vérin est disposé selon un premier axe parallèle à l'axe de translation de l'organe mobile des moyens de commande et à un axe intermédiaire de translation de l'organe de commande mobile des moyens de distribution. Selon une autre particularité, la distance entre le premier axe et l'axe intermédiaire est supérieure à la distance entre l'axe intermédiaire et l'axe de translation de l'organe mobile des moyens de commande.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est un diagramme explicatif montrant un actionneur hydraulique pour entraîner le mécanisme de variation du taux de compression, asservi selon un mode de régulation mécanique du système selon l'invention ; - la figure 2 montre une analyse linéaire du fonctionnement d'un système asservi selon l'invention ; - la figure 3 représente un diagramme d'étapes du procédé de pilotage de la position de l'actionneur selon un mode de réalisation de l'invention.
En référence à la figure 1 , le système de pilotage permet d'ajuster en continu la position d'un vérin (2) actionneur de changement de taux de compression d'un moteur thermique, avec une régulation de type mécanique. Une source de fluide sous pression (S) est associée à un circuit pour permettre un déplacement du vérin (2) dans deux sens opposés. L'actionneur peut ainsi consister en un vérin (2) hydraulique double effet à simple tige. A titre d'exemple non limitatif, un système selon l'invention peut s'utiliser pour commander par exemple la portion angulaire d'un axe excentré qui agit de façon mécanique sur la variation du taux de compression, comme dans le document EP 1 418 322. Un système selon l'invention peut également commander la position d'une crémaillère qui agit sur la variation du taux de compression comme dans le document FR 2 763 097. Dans un mode de réalisation de l'invention, une extrémité de tige de vérin est solidaire du mécanisme servant à l'ajustement du taux de compression. En contrôlant de déplacement d'une telle extrémité de tige de vérin, il est permis d'ajuster la variation du taux de compression. Le dispositif d'asservissement (4) associé au vérin (2) comporte des moyens de distribution (V) de fluide pour contrôler la position d'un élément mobile de vérin (21 ) faisant saillie par rapport à un corps de vérin (22). Des moyens de commande (1 ) pour assurer un pilotage en position sont également prévus pour commander le dispositif d'asservissement (4). Une liaison mécanique réalisée par exemple par un levier à trois articulations permet de relier l'élément mobile de vérin (21 ), un organe de commande (40) des moyens de distribution (V) et un organe (12) d'entraînement du levier (3) des moyens de commande (1).
Comme illustré à la figure 1 , le levier (3) articulé avec l'élément mobile de vérin (21) en un premier point d'articulation (31 ) comprend un second point d'articulation (32) avec l'organe de commande (40) mobile en translation commandant les moyens de distribution (V). Le levier (3) peut tourner autour du premier point d'articulation (31 ) par action des moyens (1 ) de contrôle qui déclenchent un déplacement de l'organe (12) d'entraînement du levier (3) qui est rattaché à l'opposé au troisième point d'articulation (33). Le troisième point d'articulation (33) est donc plus éloigné du premier point d'articulation (31 ) que du second point d'articulation (32). Dans un mode de réalisation de l'invention, ce second point intermédiaire d'articulation (32) supporte l'organe de commande (40) qui entraîne en translation une partie de circuit mobile à voies multiples des moyens de distribution (V). Les moyens de distribution (V) comprennent une partie de circuit fixe incluant des connexions avec deux canalisations (C1 , C2) respectives pour alimenter en fluide deux entrées du vérin (2) disposées de part et d'autre d'une zone de course du piston (20) du vérin (2).
La partie de circuit mobile peut être déplacée par rapport à la partie de circuit fixe selon un mouvement de translation suivant un axe (A2) de translation de l'organe de commande (40). Dans un mode de réalisation de l'invention, les moyens de distribution (V) comprennent une vanne ou distributeur à tiroir trois positions (PO, P1 , P2) et quatre voies, deux voies étant reliées au vérin (2) et une voie étant reliée à la source de fluide sous pression (S). Ainsi, le mouvement de translation initié par un déplacement du second point d'articulation (32) du levier (3) permet de passer d'une position à une autre. Le distributeur peut être de type bistable avec une commande à galet ou toute autre commande similaire (à bouton poussoir par exemple).
Pour permettre d'ajuster avec précision le positionnement du vérin actionneur entre deux extrémités, les moyens (1 ) de contrôle comprennent un moteur électrique pas à pas (10) associé à un organe de positionnement (11 ) du troisième point d'articulation (33) du levier (3). Le moteur électrique (10) peut ainsi générer une consigne de position. L'organe de positionnement (11 ) est mobile en translation entre deux extrémités pouvant correspondre chacune à une position de fin de course de l'élément mobile de vérin (21 ). Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le moteur électrique pas à pas (10) est de faible puissance et associé à un dispositif de type vis-écrou. A titre d'exemple non limitatif, un pas peut correspondre un déplacement de 2 mm de la position de l'organe de positionnement (11 ) du troisième point d'articulation (33).
En référence aux figures 1 et 2, les moyens (1 ) de contrôle peuvent déclencher un déplacement sur une première distance déterminée (Xm) de ce point d'articulation (33) du levier (3) lorsqu'une instruction (I) est reçue en provenance d'une unité électronique de suivi et gestion du taux de compression (non représentée). Comme la position de repos (PO) du distributeur est prise à l'équilibre, le vérin actionneur (2) ne peut être déplacé et le premier point d'articulation (31 ) forme dans un premier temps un pivot de rotation du levier (3) lorsque le moteur électrique (10) déclenche un déplacement du levier (3).
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la consigne de position est créée par l'intermédiaire du moteur électrique pas à pas (10) à partir de l'instruction (I), chaque pas correspondant à un échelon minimum de déplacement de position. Comme illustré à la figure 1 , les moyens de distribution (V) sont pilotés simultanément par le moteur électrique (10) et la position de la butée (B) formée au niveau du premier point d'articulation (31) du levier (3). Un mouvement de rotation du levier (3) se produit donc autour premier point d'articulation (31 ). Le levier (3) permet la réalisation d'un asservissement mécanique en position. La liaison mécanique entre le vérin (2), le distributeur (V) et le doigt formant l'organe de positionnement (11 ) du moteur électrique (10) peut consister en un levier de forme adaptée.
Dans l'exemple de la figure 1 , le levier ne possède pas de repère fixe et évolue en fonction de la position de chacun des trois composants qu'il relie. Le moteur électrique (10) impose en consigne une position longitudinale sur son doigt déplacé le long de l'axe (A3) de translation du troisième point d'articulation (33). Cet organe de positionnement (11 ) formé d'un doigt actionne alors par l'intermédiaire du levier (3) un déplacement de la vanne selon le rapport de démultiplication :
L + l où L représente la distance (L) entre le premier axe (A1 ) du vérin (2) et l'axe intermédiaire (A2) ; et
I représente la distance (I) entre l'axe intermédiaire (A2) et le troisième axe (A3) de translation de l'organe (12) mobile des moyens de commande (1). En effet, dans un premier temps, il faut considérer que la position du premier point d'articulation (31 ) est figée. Le levier (3) peut donc s'articuler à partir de sa liaison avec le vérin (3). Le rapport susmentionné peut être compris entre 0,5 et 0,9 avec l'axe intermédiaire (A2) plus proche du troisième axe (A3) que du premier axe (A1 ). Alternativement, le rapport de démultiplication pour le déplacement de la vanne peut être choisi inférieur à 0,5.
Dans un second temps, le déplacement de la partie de circuit mobile des moyens de distribution (V) permet un accès de la partie fixe de circuit fixe à une position (P1 , P2) de circulation de fluide vers le vérin (2). Cela a pour conséquence de déplacer le vérin (2) dans le sens inverse du doigt formant organe de positionnement (11 ) du moteur électrique (10). L'étendue (Xve) du déplacement de l'élément mobile de vérin (21 ) est limitée dans la mesure où ce déplacement a pour effet de refermer la vanne de distribution, comme illustré à droite de la figure 2. Un retour à la position de repos (PO) est déclenché par le déplacement de l'élément mobile de vérin (21 ). Le troisième point d'articulation (33) est alors figé puisque le moteur électrique (10) s'est arrêté. Autrement dit, le déplacement de l'élément mobile de vérin (21 ) engendre une rotation supplémentaire du levier (3) avec un effet sur l'organe de commande (40) des moyens de distribution (V) qui est inverse par rapport à l'effet exercé lors de la rotation autour du premier point d'articulation (31 ).
Cet effet inverse, qui entraîne le retour à la position de repos (PO), permet au vérin (2) d'être immobilisé suffisamment rapidement pour éviter un débordement par rapport à la consigne de position. Le vérin s'immobilise quand la vanne est totalement fermée. En référence à la figure 1 , on comprend également que, si un effort parasite (F) lié à une perturbation du moteur vient déplacer la butée (B) du vérin (2), le levier (3) s'articule automatiquement à partir de son premier point d'articulation au niveau de l'organe de positionnement (11) du moteur électrique (10). La rotation résultante a pour effet de déplacer l'organe de commande (40) des moyens de distribution (V) afin de contrer le mouvement indésirable de la butée (B). Dans ce dernier cas, le correcteur ainsi formé est proportionnel et ayant pour gain :
I
L + l
Comme illustré à la figure 2, le système selon l'invention peut être modélisé pour la correction, de façon simplifiée avec une fonction de transfert de type :
( I Kqλ l
[l + L S J s où Kq représente le gain en débit de la vanne, S la section de vérin (2) et s correspond à l'opérateur de Laplace. Le gain en débit de la vanne peut être formulé comme suit :
K - dQ υx AP où Q représente un débit, x une position de vanne et ΔP une perte de charge du circuit hydraulique.
Le système de pilotage selon l'invention est naturellement dimensionné de façon adéquate par rapport aux caractéristiques du moteur à taux de compression variable auquel est relié le vérin actionneur (2). En particulier, la fréquence de coupure du correcteur ainsi formée doit être choisie afin de ne pas provoquer d'instabilité. Pour une fréquence de coupure telle que :
ω = — τ alors on devra respecter le critère de dimensionnement suivant
où Pmax est la pression maximale utile et FMaxMoteur est la force de perturbation maximale pouvant être exercée par le moteur (aux pulsations élevées). Le choix des distances (I, L) entres les axes respectifs (A1 , A2, A3) de déplacement des articulations (31 , 32, 33) du levier (3) est adapté au type de dynamique du moteur. Comme le gain de correction est fixé une fois le dimensionnement effectué, on comprend que le dimensionnement doit bien être choisi au départ. La dynamique de l'ouverture et fermeture des moyens de distribution (V) dépend en effet des distances (I, L) de bras de levier par rapport à l'axe intermédiaire (A2) et la bande passante obtenue doit être adaptée à la dynamique du moteur, comme le comprendra aisément l'homme du métier.
Un exemple de déroulement du procédé de pilotage en position selon l'invention va à présent être décrit en référence aux figures 1 et 3.
Le procédé de pilotage en position du vérin actionneur (2) servant à entraîner le mécanisme d'ajustement de la position des pistons thermiques du moteur prévoit une étape (5) de commande par les moyens de contrôle (1 ) d'un déplacement du vérin (2). Pour déclencher l'étape (53) de modification de position de l'élément mobile de vérin (21), ce dernier doit être déplacé d'une certaine étendue (Xve) dans le sens souhaité. Pour cela, alors que le vérin (2) est immobile, l'étape (5) de commande comporte tout d'abord une étape (50) de déplacement sur une distance déterminée (Xm) du point d'articulation (33) du levier (3) opposé au point d'articulation (31 ) fixe du levier (2) situé au niveau du vérin (2). Dans l'exemple de la figure 1 , ce déplacement du troisième point d'articulation (33) est entraîné par l'organe de positionnement (11 ) associé au moteur électrique (10). Le procédé prévoit lors de l'étape (5) de commande la génération d'une consigne de position par l'intermédiaire du moteur électrique pas à pas (10). Le moteur électrique (10) peut être de faible puissance et une amplification de puissance est obtenue entre la consigne et l'étendue (Xve) du déplacement de la position réelle de la butée (B) de l'élément mobile (21) du vérin (2).
L'étape (5) de commande comprend une étape (52) d'injection de fluide dans le vérin (2), dans laquelle les moyens de distribution (V) de fluide connectés au vérin (2) permettent la réalisation de l'étape (53) de modification de position de l'élément mobile de vérin (21). L'étape (52) d'injection est déclenchée par l'organe de commande (40) des moyens de distribution (V). Cet organe de commande (40) est par exemple mobile en translation et rendu solidaire du levier (3) par le point d'articulation (32) intermédiaire. Dans un mode de réalisation de l'invention, chaque point d'articulation (31 , 32, 33) peut être doté d'une came ou un élément de liaison mécanique analogue. Une étape (51 ) de déplacement en translation d'une partie de circuit mobile à voies multiples des moyens de distribution (V), solidaire de l'organe de commande (40), permet de commander l'étape (52) d'injection de fluide. Cette étape d'injection (52) peut être réalisée tant que la partie de circuit mobile prolonge la partie de circuit fixe des moyens de distribution (V) permettant d'alimenter en fluide les deux entrées du vérin (2). Ces entrées sont disposées de part et d'autre de la zone de course du piston (20) du vérin (2). Une vanne ou distributeur à tiroir peut être utilisée pour déclencher/stopper l'injection selon la commande fournie par l'organe de commande (40).
Selon la position (P1 ou P2) prise par la vanne ou distributeur à plusieurs positions, le piston (20) du vérin (2) va être déplacé selon l'axe (A1 ) de translation dans un sens ou un autre. Dans le mode de réalisation non limitatif de la figure 1 , le déplacement de l'élément mobile de vérin (21 ) s'effectue, soit dans un premier sens de retrait lorsque l'organe de positionnement (11) recule, soit dans un second sens de poussée lorsque l'organe de positionnement (11 ) s'étend. Dans cet exemple, au premier sens de déplacement correspond la première position active (P1 ) de la vanne à tiroir : il y a retrait de l'élément mobile de vérin (21). La seconde position active (P2) correspond au second sens de déplacement : l'élément mobile de vérin (21 ) avance et exerce une poussée sur le mécanisme d'ajustement de la position des pistons thermiques du moteur.
Comme illustré à la figure 3, l'étape (5) de commande est suivie d'une étape (54) de régulation de type mécanique de la position de l'élément mobile de vérin (21 ). Le levier (3) entraîne l'organe de commande (40) selon une orientation en correspondance avec le sens de déplacement de l'étape (53) de modification de position du vérin (2). Cela permet de stopper l'injection de fluide. Cette étape (54) de régulation de type mécanique est initiée par une rotation du levier (3) autour du troisième point d'articulation (33). La rotation du levier (3) est elle-même entraînée depuis l'autre point d'articulation (31) avec l'élément mobile de vérin (21 ) en déplacement.
Lors de cette étape (54) de régulation, le procédé comporte une étape (55) de déplacement en translation de la partie de circuit mobile à voies multiples des moyens de distribution (V). Ainsi, l'étape d'injection (52) peut être stoppée dès que la partie de circuit mobile est décalée par rapport à une partie de circuit fixe des moyens de distribution (V). L'étape de régulation se termine alors par une étape d'immobilisation de l'élément mobile de vérin (21 ), dans laquelle la vanne des moyens de distribution (V) de fluide obture complètement les accès au vérin (2). On comprend que cette succession d'étapes se produit dans un intervalle de temps très court, ce qui rend le système de pilotage performant.
Un des avantages de l'invention est que le système de pilotage peut s'intégrer hors du carter du moteur, une pression de ligne devant simplement être disponible. En outre, le système permet de se passer d'un bouclage électronique.
Il doit être évident pour les personnes du métier que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de pilotage continu de la position d'un actionneur de changement de taux de compression d'un moteur thermique, mis en œuvre par un système de pilotage incluant un actionneur de type vérin (2) permettant d'entraîner un mécanisme d'ajustement de la position de pistons thermiques du moteur, un dispositif d'asservissement (4) pour commander le déplacement du vérin (2) et des moyens de contrôle (1 ) du dispositif d'asservissement (4), le procédé comprenant une étape (5) de commande par les moyens de contrôle (1) d'un déplacement du vérin (2), caractérisé en ce que ladite étape (5) de commande comporte :
- une étape (50) de déplacement sur une première distance déterminée (Xm) d'un point d'articulation (33) d'un levier (3) relié par un autre point d'articulation (31 ) avec un élément mobile de vérin (21 ) faisant saillie par rapport à un corps de vérin (22) ; et - une étape (52) d'injection d'un fluide dans le vérin (2) utilisant des moyens de distribution (V) de fluide connectés au vérin (2) pour générer une étape (53) de modification de position de l'élément mobile de vérin (21), l'étape (52) d'injection étant déclenchée par un organe de commande (40) des moyens de distribution (V) mobile en translation et rendu solidaire du levier (3) par un point d'articulation (32) intermédiaire ; l'étape (5) de commande étant suivie d'une étape (54) de régulation de type mécanique de la position de l'élément mobile de vérin (21 ), dans laquelle le levier (3) entraîne l'organe de commande (40) selon une orientation en correspondance avec le sens de déplacement de ladite étape (53) de modification de position, pour permettre de stopper l'injection de fluide.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel l'étape (5) de commande de déplacement du vérin (2) comprend la génération d'une consigne de position par un moteur électrique pas à pas (10) entraînant le déplacement selon ladite première distance déterminée (Xm) du point d'articulation (33) entre le levier (3) et un organe de positionnement (11 ) associé au moteur électrique (10).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'étape (52) d'injection de fluide est déclenchée par une étape (51 ) de déplacement en translation d'une partie de circuit mobile à voies multiples des moyens de distribution (V), solidaire de l'organe de commande (40), ladite étape d'injection (52) étant réalisée tant que la partie de circuit mobile prolonge une partie de circuit fixe des moyens de distribution (V) permettant d'alimenter en fluide deux entrées du vérin (2) disposées de part et d'autre d'une zone de course d'un piston (20) du vérin (2).
4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'étape (54) de régulation de type mécanique est initiée par une rotation du levier (3) autour du point d'articulation (33) du levier (3) avec l'organe de positionnement (11), cette rotation du levier (3) étant entraînée via l'autre point d'articulation (31 ) avec l'élément mobile de vérin (21).
5. Procédé selon une des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape (54) de régulation de type mécanique comprend une étape (55) de déplacement en translation d'une partie de circuit mobile à voies multiples des moyens de distribution (V), solidaire de l'organe de commande (40), ladite étape d'injection (52) étant stoppée dès que la partie de circuit mobile est décalée par rapport à une partie de circuit fixe des moyens de distribution (V) permettant d'alimenter en fluide deux entrées du vérin (2) disposées de part et d'autre d'une zone de course d'un piston (20) du vérin (2).
6. Procédé selon une des revendications 1 à 5, dans lequel l'étape (54) de régulation de type mécanique comprend une étape d'immobilisation de l'élément mobile de vérin (21 ), dans laquelle une vanne des moyens de distribution (V) de fluide obture complètement les accès au vérin (2).
7. Système de pilotage continu de la position d'un actionneur de changement de taux de compression d'un moteur thermique, comprenant un actionneur de type vérin (2), mobile en translation entre deux extrémités, permettant d'entraîner un mécanisme d'ajustement de la variation du taux de compression en modifiant la course d'au moins un piston du moteur, une source de fluide sous pression (S) associée à un circuit pour permettre un déplacement du vérin (2) dans deux sens opposés, un dispositif d'asservissement (4) pour commander le déplacement du vérin (2) et des moyens de contrôle (1 ) du dispositif d'asservissement (4), caractérisé en ce que le dispositif d'asservissement (4) comporte :
- des moyens de distribution (V) du fluide pour contrôler la position d'un élément mobile de vérin (21 ) faisant saillie par rapport à un corps de vérin (22) ; et
- un levier (3) articulé avec l'élément mobile de vérin (21 ) en un premier point d'articulation (31) et comprenant un second point d'articulation (32) avec un organe de commande (40) mobile en translation permettant de commander les moyens de distribution (V) ; les moyens (1) de contrôle du dispositif d'asservissement (4) comprenant un organe (40) mobile en translation relié au levier (3) par un troisième point d'articulation (33) plus éloigné du premier point d'articulation (31 ) que du second point d'articulation (32).
8. Système selon la revendication 7, dans lequel les moyens de distribution (V) comprennent :
- une partie de circuit fixe incluant des connexions avec deux canalisations (C1 , C2) respectives pour alimenter en fluide deux entrées du vérin (2) disposées de part et d'autre d'une zone de course d'un piston (20) du vérin (2) ; et - une partie de circuit mobile à voies multiples, entraînée en translation par l'organe de commande (40).
9. Système selon la revendication 7 ou 8, dans lequel les moyens de distribution (V) comprennent une vanne ou distributeur à tiroir trois positions (PO, P1 , P2) et quatre voies, deux voies étant reliées au vérin (2) et une voie étant reliée à la source de fluide sous pression (S).
10. Système selon une des revendications 7 à 9, dans lequel les moyens (1 ) de contrôle comprennent un moteur électrique pas à pas (10) associé à un organe de positionnement (11) du troisième point d'articulation (33) du levier (3) pour générer une consigne de position, l'organe de positionnement (11 ) étant mobile en translation entre deux extrémités correspondant chacune à une position de fin de course de l'élément mobile de vérin (21 ).
11. Système selon une des revendications 7 à 10, dans lequel l'actionneur de type vérin (2) est disposé selon un premier axe (A1) parallèle à l'axe (A3) de translation de l'organe (12) mobile des moyens de commande (1 ) et à un axe intermédiaire (A2) de translation de l'organe de commande (40) mobile des moyens de distribution (V).
12. Système selon la revendication 10, dans lequel la distance (L) entre le premier axe (A1 ) et l'axe intermédiaire (A2) est supérieure à la distance (I) entre l'axe intermédiaire (A2) et l'axe (A3) de translation de l'organe (12) mobile des moyens de commande (1).
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