EP4649231A1 - Procédé d'optimisation de la performance stabilisée en conditions extrêmes d'un moteur à combustion interne suralimenté - Google Patents

Procédé d'optimisation de la performance stabilisée en conditions extrêmes d'un moteur à combustion interne suralimenté

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Publication number
EP4649231A1
EP4649231A1 EP23834247.1A EP23834247A EP4649231A1 EP 4649231 A1 EP4649231 A1 EP 4649231A1 EP 23834247 A EP23834247 A EP 23834247A EP 4649231 A1 EP4649231 A1 EP 4649231A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
internal combustion
combustion engine
intake
filling
exhaust
Prior art date
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Pending
Application number
EP23834247.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sylvain CHASSAGNARD
Fabrice Chavanel
Kevin Betz
Moaad BOURAOUI
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.)
Stellantis Auto SAS
Original Assignee
Stellantis Auto SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Stellantis Auto SAS filed Critical Stellantis Auto SAS
Publication of EP4649231A1 publication Critical patent/EP4649231A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0269—Controlling the valves to perform a Miller-Atkinson cycle
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    • F02D13/0215—Variable control of intake and exhaust valves changing the valve timing only
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    • F02D2200/70—Input parameters for engine control said parameters being related to the vehicle exterior
    • F02D2200/703—Atmospheric pressure

Definitions

  • TITLE METHOD FOR OPTIMIZING THE STABILIZED PERFORMANCE IN EXTREME CONDITIONS OF A SUPERCHARGED INTERNAL COMBUSTION ENGINE
  • the present invention relates to a method for optimizing the stabilized performance in extreme conditions of a supercharged internal combustion engine.
  • the invention finds a particularly advantageous, but not exclusive, application with supercharged gasoline internal combustion engines implementing a “Miller” type combustion cycle.
  • gasoline thermal engines can implement an "Atkinson" type combustion cycle according to which the intake valve is closed after bottom dead center. These engines are robust at altitude and in hot temperature conditions.
  • This type of engine can be equipped with different camshaft phase shifter adjustment calibrations that can be activated depending on life situations. For example, there is the ability to calibrate specific settings that favor motor dynamics, but there is no strategy to optimize settings based on ambient conditions, such as temperature and pressure.
  • Figure 1 shows an architecture of a supercharged internal combustion engine comprising an internal combustion engine 10 supercharged by a turbocharger 11 comprising an air compressor 13 and a turbine 14.
  • the air compressor 13 makes it possible to compress the intake air so as to optimize the filling of the cylinders of the internal combustion engine 10.
  • the air compressor 13 is arranged on an intake pipe 15 upstream of the internal combustion engine 10.
  • the intake pipe 15 also includes an air inlet box 16 receiving air from the outside (at ambient pressure and temperature) as well as an air filter 17.
  • the intake pipe 15 is connected to an intake distributor 18 capable of distributing the air in the cylinders of the internal combustion engine 10.
  • the flow of exhaust gases from the internal combustion engine 10 rotates the turbine 14 arranged on an exhaust pipe 19 connected to an exhaust manifold 27 causing the exhaust gases from the cylinders to converge towards the exhaust conduit 19.
  • the turbine 14 then rotates the air compressor 13 via a coupling shaft 20.
  • a discharge valve 28 associated with a discharge circuit 29 makes it possible to manage the quantity of exhaust gas circulating through the turbine 14 and consequently to regulate the speed of rotation of said turbine 14.
  • Certain turbines 14 may not not be equipped with this device and regulate the rotation speed via fins arranged internally (variable geometry turbine).
  • a discharge valve 21 associated with a discharge circuit 22 makes it possible to secure the compressor 13 when the pressure at its terminals becomes too high by returning part of the flow supplied by the compressor 13 to the inlet of said compressor 13 via the discharge conduit 22.
  • a heat exchanger 23 called RAS (for “Supercharged Air Cooler”) is used capable of cooling the air circulating in the intake pipe 15.
  • the exchanger 23 is mounted downstream of the air compressor 13 and upstream of an air metering device 24 making it possible to manage a quantity of air entering the cylinders.
  • a catalyst 25 in particular a three-way type catalyst, is arranged on the exhaust pipe 19.
  • the catalyst 25 may or may not be associated with a particle filter.
  • the exhaust pipe 19 may also include other post-treatment systems not illustrated in Figure 1, such as an ammonia reducer, a second particle filter, a second catalyst for example.
  • the exhaust pipe 19 also includes at least one silencer 26.1, 26.2.
  • an intermediate silencer 26.1 and a final silencer 26.2 are provided in order to comply with the noise standards of motor vehicles.
  • the intake pipe 15 and the exhaust pipe 19 as well as the elements arranged on these pipes 15, 19 form what is called the air loop in the rest of the document.
  • FIG. 2 illustrates the difference between a Miller combustion cycle (left) and an Atkinson combustion cycle (right). Below is a list of abbreviations in the figure: V: Volume
  • Patm Atmospheric pressure
  • IVO "Inlet Valve Opening” or opening of the intake valve in French
  • EIVC "Early Inlet Valve Closing" or early closure of the inlet valve in French
  • LIVC “Late Inlet Valve Closing” or late closing of an inlet valve in French
  • LIVC_P LIVC profile
  • FIG. 3 illustrates the impact on the volumetric efficiency of the millerization level.
  • the closings of the intake valves F_adm and exhaust valves F_ech are expressed in crankshaft degrees after bottom dead center.
  • the current regulation of the thermal engine makes it possible to optimize the adjustments of the camshafts during a transitional phase, that is to say when a current value of an air filling of the cylinders evolves towards a value setpoint for filling the cylinders with air.
  • the invention aims to effectively remedy this drawback by proposing a method for controlling a supercharged gasoline internal combustion engine comprising an intake camshaft and/or an exhaust camshaft comprising:
  • said method further comprises:
  • said method further comprises a step of prior verification that generic operating conditions of the internal combustion engine are met, before implementing the step of activating the adjustment optimum intake and/or exhaust camshafts.
  • the generic operating conditions of the internal combustion engine relate to a temperature of a cooling liquid, greater than a threshold temperature or lying within a predetermined temperature range, and/or at a speed of the internal combustion engine falling within a predetermined speed range.
  • said method further comprises a step of verifying that a transient optimization strategy impacting an adjustment of the intake and/or exhaust camshafts is not already activated before implementing the step of activating the optimum adjustment of intake and/or exhaust camshafts.
  • the invention also relates to a computer for controlling a supercharged gasoline internal combustion engine comprising an intake camshaft and/or an exhaust camshaft, characterized in that said computer is configured:
  • said computer is configured to verify that generic operating conditions of the internal combustion engine are met, before implementing the step of activating the optimum adjustment of camshafts. intake and/or exhaust.
  • the generic operating conditions of the internal combustion engine relate to a temperature of a cooling liquid, greater than a threshold temperature or lying within a predetermined temperature range, and/ or at a speed of the internal combustion engine within a predetermined speed range.
  • said computer is configured to verify that a transient optimization strategy impacting an adjustment of the intake and/or exhaust camshafts is not already activated before putting implements the step of activating the optimum adjustment of intake and/or exhaust camshafts.
  • the invention further relates to a motor vehicle comprising a computer as defined above.
  • said motor vehicle comprises a supercharged gasoline internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows an architecture of a supercharged internal combustion engine implementing the method according to the present invention
  • FIG. 2 already described, illustrates Miller (left) and Atkinson (right) type combustion cycles;
  • FIG. 3 already described, illustrates the influence of a "millerization" rate on the volumetric efficiency of the internal combustion engine;
  • FIG. 4 illustrates the impact of altitude on the performance of a supercharged gasoline internal combustion engine
  • FIG. 5 illustrates the behavior of the engine with respect to air loop constraints and combustion limits
  • FIG. 6 illustrates the impact of temperature on the performance of a supercharged gasoline internal combustion engine
  • FIG. 7 is a graph of air filling of the cylinders as a function of an intake valve closing time illustrating the impact of temperature on the performance of a supercharged gasoline internal combustion engine
  • FIG. 8 illustrates the positioning of the intake and exhaust camshaft settings optimizing performance as a function of filling for two speeds of the supercharged gasoline engine
  • FIG. 9 illustrates a principle for managing the phasing of the intake and exhaust camshafts according to the invention
  • FIG. 10 illustrates functional blocks making it possible to activate a specific adjustment of camshafts in stabilized conditions and in extreme conditions according to the invention
  • FIG. 11 illustrates a first variant of the functional blocks of Figure 10
  • FIG. 12 illustrates a second variant of the functional blocks of Figure 10
  • FIG. 13 illustrates a third variant of the functional blocks of Figure 10.
  • Figure 4 illustrates the impact of altitude on the performance of the heat engine 10.
  • the evolution of the torque is illustrated as a function of the closing times of the intake valves F_adm and the times of closing of the exhaust valve F_ech.
  • the stars illustrate the torque-optimizing setting.
  • the dotted lines illustrate the boundaries of the different constraints. With altitude, these boundaries evolve. With the initial adjustment, the compromise of the constraints is no longer valid at altitude, the heat engine 10 then has more margin at the initial constraint. The adjustment of the camshaft phase shifters is therefore not optimal.
  • Figure 5 illustrates the behavior of the engine 10 with respect to the constraints of the air loop Lim_BA (maximum turbocharger speed, outlet temperature of the air compressor 13, compressor pumping) and the combustion limits Lim_COMB (clicking, "rumble” or rumble in French, exhaust temperature).
  • the filling Remp on the ordinate is indicated according to the closing times of the intake valves F_adm on the abscissa.
  • the line Remp_CC corresponds to the filling to be achieved to obtain the torque target.
  • the effect of altitude causes the heat engine 10 to arrive more quickly within the limits of the air loop Lim_BA.
  • the optimal setting at 0 m (dashed white star E0) is retained at altitude then the maximum achievable filling (capacity of the engine to enclose a mass of air in the cylinder compared to a theoretical mass of air) is then limited by the air loop (gray star E1) and in this case, the heat engine 10 moves away from the combustion constraints.
  • the compromise between the limits of the air loop Lim_BA and the combustion limits Lim_COMB is found modified to move to the black star E2 allowing for greater filling and consequently greater torque.
  • FIG. 6 illustrates the impact of temperature on the performance of the supercharged internal combustion engine.
  • the evolution of the torque is illustrated as a function of the closing times of the intake valves F_adm on the ordinate and the exhaust valves F_ech on the abscissa.
  • the stars illustrate the torque-optimizing setting.
  • the dotted lines illustrate the boundaries of the different constraints.
  • Increasing the ambient temperature (and therefore the temperature in the intake distributor 18) does not impact the optimal settings.
  • the ambient temperature effect alone will tend to limit the heat engine 10 on an air loop constraint (such as for example the outlet temperature of the air compressor 13) and therefore to favor an adjustment with closing of the air valves. rather late admission.
  • the effect of the temperature of the intake distributor 18 alone will tend to limit the heat engine 10 on a combustion constraint and therefore to favor adjustment with early closing of the intake valves.
  • FIG 7 illustrates the phenomenon previously cited with regard to the two air temperatures.
  • the reference setting is illustrated by the white star PO.
  • the outlet temperature of the air compressor 13 increases and the internal combustion engine 10 reaches a loop stress d 'air. If the intake valve closing settings are retained then the drop in performance is suffered (see star P1). Closing the intake valves later makes it possible to follow the trend at the limit of the air loop to return as close as possible to the target torque (see star P2).
  • the internal combustion engine 10 is capable of compensating until the combustion constraint is reached (see star P3). Earlier closing of the intake valves allows to increase this margin and therefore make performance more robust (see star P4).
  • the compromise remains almost identical (see star P5)
  • Figure 8 illustrates the positioning of the intake and exhaust camshaft settings optimizing performance as a function of filling Remp for two speeds of the thermal engine 10.
  • O_adm corresponds to the opening of the intake valves expressed in crankshaft degrees
  • F_ech corresponds to the closing of the intake valves expressed in crankshaft degrees. It is possible to create a unique profile per speed making it possible to index the settings optimizing the performance of the internal combustion engine 10 depending on the filling.
  • Figure 9 illustrates in block diagram form the impact of the invention on the control of the intake and/or exhaust camshafts already existing in the control computer.
  • Blocks (1) to (n) correspond to predefined settings of the intake and/or exhaust camshafts.
  • Input (a) is a Boolean which represents the need to activate setting (1).
  • Inputs (0) to (Q) represent the activation booleans of settings (2) to (n).
  • Block B1 is a settings prioritization block. Indeed, if several inputs are requested, block B1 allows you to choose which of them has the highest priority and sends the prioritized information to block B2.
  • Block B2 allows you to select the final setting to apply (r) among the different predefined settings.
  • the setting optimizing performance in degraded conditions is block (2).
  • the input of block B1 associated with the settings of block (2) is input (0).
  • FIG 10 illustrates in block diagram form the architecture according to the invention for the creation of the activation criterion (0) of a specific adjustment of the intake and exhaust camshafts. Following this setting, the inlet valves are closed later than in conventional Miller-type operation.
  • adjustment of the camshafts is meant an adjustment of the phase shifters of the intake and exhaust camshafts. This specific adjustment is an optimum adjustment of intake and exhaust camshafts depending on an altitude and/or an external temperature.
  • the different blocks are implemented in software by a computer 30 of the motor vehicle (see Figure 1).
  • the block (1 ') makes it possible to calculate the target filling (c) by selecting the minimum between the target filling before limitation (a) and the maximum filling under the self-ignition constraint of combustion (b ).
  • the target filling before limitation (a) is a target air filling of the cylinders determined without taking into account the air filling limits linked to the current operation of the engine. These limits can for example be a function of a maximum speed of the turbocharger 11, a maximum temperature at the outlet of the air compressor 13, a pumping effect of the compressor 13, a temperature of the exhaust gases or combustion stability.
  • This filling of the setpoint before limitation (a) is the image of the driver request without the feedback of what the engine can do.
  • the maximum filling under self-ignition stress of combustion (b) takes into account constraints linked to a phenomenon of knocking according to which we observe an uncontrolled combustion of gases in the chamber of a cylinder after the spark or the phenomenon of "rumble" (rumble in French) according to which we observe an uncontrolled combustion of gases in the chamber of a cylinder before the spark.
  • Block (2') checks that the target filling (c) is greater than the maximum filling that the motor 10 can do with the initial settings at the limit of the air loop (d) and returns a Boolean value ( e), worth for example 1, if the verification is true.
  • Block (3') is an "AND" logic block which verifies that all the input conditions (e), (f) and (g) are met and returns the Boolean value worth for example 1 (0) in this case.
  • Input (f) checks that a transient optimization is not already activated in order to avoid double activation of camshaft settings.
  • Transient optimization corresponds to an adjustment of the camshafts implemented when the current air filling value of the cylinders tends towards a target value far from the current value.
  • the entry (g) is a prior check that all the generic conditions are met, namely that the coolant temperature of the internal combustion engine is greater than a threshold temperature, for example of the order of 90 degrees. Celsius or is within a predetermined temperature range, and/or the engine speed is within a predetermined speed range.
  • a threshold temperature for example of the order of 90 degrees. Celsius or is within a predetermined temperature range, and/or the engine speed is within a predetermined speed range.
  • the block (1') makes it possible to calculate the target filling (c) by selecting the minimum between the target filling before limitation (a) and the maximum filling under the self-ignition constraint of combustion (b).
  • the block (2') checks that the target filling (c) is greater than the maximum filling that the motor can do with the initial settings (d) and return 1 (e) whether the check is true.
  • Block (3') is an "AND" logic block which checks that all the input conditions (e), (f) and (g) are met and returns the value 1 (0) in this case.
  • Input (g) is a pre-check that all generic conditions are met (water temperature, engine speed, or other).
  • Block (1') makes it possible to calculate the target filling (c) by selecting the minimum between the target filling before limitation (a) and the maximum filling under the self-ignition constraint of combustion (b).
  • the block (2') verifies that the target filling (c) is greater than the maximum filling that motor 10 can do with the initial settings (d) and return 1 (P) if the verification is true.
  • the target filling is not limited by the combustion constraints (b).
  • the block (2') verifies that the target filling before limitation (a) is greater than the maximum filling that the motor 10 can do with the initial settings (d) and return 1 (P) if the verification is true.

Landscapes

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Abstract

L'invention porte sur un procédé de contrôle d'un moteur à combustion interne à essence suralimenté comportant un arbre à cames d'admission et/ou un arbre à cames d'échappement comportant: - une étape de calcul d'un remplissage de consigne (c) en sélectionnant le minimum entre un remplissage de consigne avant limitation (a) et un remplissage maximal sous contrainte d'auto-inflammation d'une combustion (b), - une étape de comparaison entre le remplissage de consigne (c) et un remplissage maximal que peut réaliser le moteur à combustion interne avec des réglages initiaux d'arbres à cames d'admission et/ou d'échappement, et - si le remplissage de consigne (c) est supérieur au remplissage maximal que peut réaliser le moteur à combustion interne avec les réglages initiaux (d), ledit procédé comporte en outre: - une étape d'activation d'un réglage optimum d'arbres à cames d'admission et/ou d'échappement dépendant d'une altitude et/ou d'une température extérieure.

Description

DESCRIPTION
TITRE : PROCÉDÉ D'OPTIMISATION DE LA PERFORMANCE STABILISÉE EN CONDITIONS EXTRÊMES D'UN MOTEUR À COMBUSTION INTERNE SURALIMENTÉ
[0001] La présente invention revendique la priorité de la demande française N°2300259 déposée le 11 .01 .2023 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
[0002] La présente invention porte sur un procédé d'optimisation de la performance stabilisée en conditions extrêmes d'un moteur à combustion interne suralimenté. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les moteurs à combustion interne à essence suralimentés mettant en œuvre un cycle de combustion de type "Miller".
[0003] De façon connue en soi, les moteurs thermiques à essence peuvent mettre en œuvre un cycle de combustion de type "Atkinson" suivant lesquels la soupape d’admission est fermée après le point mort bas. Ces moteurs sont robustes en altitude et dans des conditions de températures chaudes. Ce type de moteur peut être équipé de différentes calibrations de réglages de déphaseurs d’arbres à cames que l’on peut activer en fonction des situations de vie. Par exemple, il existe la possibilité de calibrer des réglages spécifiques favorisant la dynamique du moteur, mais il n’existe pas de stratégie permettant d’optimiser les réglages en fonction des contions ambiantes, telles que la température et la pression.
[0004] Afin de réduire les émissions de particules polluantes dans le cadre des nouvelles règlementations, notamment les règlementation €7 européenne, Sulev30 aux Etats-Unis d'Amérique et China7 en Chine, un cycle de combustion de type Miller a été adopté par certains constructeurs automobiles. [0005] Le cycle de combustion de type Miller est basé sur la fermeture de la soupape d’admission avant le point mort bas. Ce type de cycle de combustion impacte la respiration du moteur à combustion interne, dans la mesure où il réduit drastiquement le rendement volumétrique correspondant à la capacité à enfermer une masse d’air dans le cylindre à une pression donnée. En conséquence, les moteurs mettant en œuvre un cycle de Miller nécessitent plus de pression de suralimentation et donc de venir mettre le moteur plus proche de ses contraintes thermomécaniques.
[0006] La figure 1 montre une architecture d’un moteur à combustion interne suralimenté comportant un moteur à combustion interne 10 suralimenté par un turbocompresseur 11 comprenant un compresseur d'air 13 et une turbine 14. Le compresseur d'air 13 permet de comprimer l'air d'admission de manière à optimiser le remplissage des cylindres du moteur à combustion interne 10. A cet effet, le compresseur d'air 13 est disposé sur une conduite d’admission 15 en amont du moteur à combustion interne 10. La conduite d'admission 15 comporte également un boîtier d'entrée d'air 16 recevant de l'air depuis l'extérieur (à pression et température ambiante) ainsi qu'un filtre à air 17. La conduite d'admission 15 est reliée à un répartiteur d'admission 18 apte à répartir l'air dans les cylindres du moteur à combustion interne 10.
[0007] L'écoulement des gaz d'échappement du moteur à combustion interne 10 entraîne en rotation la turbine 14 disposée sur une conduite d'échappement 19 reliée à un collecteur d'échappement 27 faisant converger les gaz d'échappement des cylindres vers la conduit d'échappement 19. La turbine 14 entraîne alors en rotation le compresseur d'air 13 par l'intermédiaire d'un arbre d'accouplement 20.
[0008] Une vanne de décharge 28 associée à un circuit de décharge 29 permet de gérer la quantité de gaz d’échappement circulant à travers la turbine 14 et par conséquence de réguler la vitesse de rotation de ladite turbine 14. Certaines turbines 14 peuvent ne pas être équipées de ce dispositif et régulent la vitesse de rotation via des ailettes disposées en interne (turbine à géométrie variable).
[0009] Une vanne de décharge 21 associée à un circuit de décharge 22 permet de sécuriser le compresseur 13 lorsque la pression à ses bornes devient trop importante en renvoyant une partie du débit fournit par le compresseur 13 à l’entrée dudit compresseur 13 via le conduit de décharge 22.
[0010] De manière à maximiser la densité de l’air, on utilise un échangeur de chaleur 23 dit RAS (pour "Refroidisseur d'Air de Suralimentation") apte à refroidir l’air circulant dans la conduite d’admission 15. L'échangeur 23 est monté en aval du compresseur d'air 13 et en amont d'un doseur d'air 24 permettant de gérer une quantité d'air entrant dans les cylindres.
[0011] Par ailleurs, un catalyseur 25, notamment un catalyseur de type trois voies, est disposé sur la conduite d'échappement 19. Le catalyseur 25 peut être associé ou non à un filtre à particules.
[0012] La conduite d’échappement 19 peut également comporter d’autres systèmes de post-traitement non illustrés sur la figure 1 , tels qu’un réducteur d’ammoniac, un second filtre à particule, un second catalyseur par exemple.
[0013] La conduite d'échappement 19 comporte également au moins un silencieux 26.1 , 26.2. En l'occurrence, on prévoit un silencieux intermédiaire 26.1 et un silencieux final 26.2 afin de respecter les normes sonores des véhicules automobiles.
[0014] La conduite d'admission 15 et la conduite d'échappement 19 ainsi que les éléments disposés sur ces conduites 15, 19 forment ce que l'on appelle la boucle d'air dans la suite du document.
[0015] La figure 2 illustre la différence entre un cycle de combustion Miller (à gauche) et un cycle de combustion Atkinson (à droite). On indique ci- après la liste des abréviations de la figure: V: Volume
Vmin : Volume de compression
Vh : Volume de cylindrée p pression
Patm : Pression atmosphérique
BDC : "Bottom Dead Center" ou point mort bas en langue française TDC : "Top Dead Center" ou point mort haut en langue française CA : "Crank Angle" ou angle de vilebrequin en langue française h : levée de soupape
EVO : "Exhaust Valve Opening" ou ouverture de la soupape d’échappement en langue française
EVC : "Exhaust Valve Closing" ou fermeture de la soupape d’échappement en langue française
IVO : "Inlet Valve Opening" ou ouverture de la soupape d’admission en langue française
IVC : "Inlet Valve Closing" ou fermeture de la soupape d’admission en langue française
EIVC : "Early Inlet Valve Closing" ou fermeture précoce de la soupape d’admission en langue française
LIVC : "Late Inlet Valve Closing" ou fermeture tardive d’une soupape d’admission en langue française
LCT: "Load control with throttle" ou contrôle de la charge avec le doseur d'air,
EIVC_P: Profil de l’ElVC
LIVC_P : Profil de LIVC
Conv_P : Profil conventionnel
Ech: Echappement
Adm : Admission
[0016] La figure 3 illustre l’impact sur le rendement volumétrique du niveau de millerisation. Plus la valeur de la fermeture admission F_adm est faible, plus la soupape se ferme tôt et par conséquence le taux de millerisation est important. Dans ce cas, des iso-lignes se forment à la verticale. [0017] Les fermetures des soupapes d’admission F_adm et d’échappement F_ech s’expriment en degrés vilebrequin après le point mort bas.
[0018] La régulation actuelle du moteur thermique permet d’optimiser les réglages des arbres à cames lors d’une phase transitoire c’est-à-dire lorsque lorsqu'une valeur courante d'un remplissage en air des cylindres évolue vers une valeur de consigne d'un remplissage en air des cylindres.
[0019] Toutefois, pour une performance stabilisée du moteur à combustion interne, c’est-à-dire lorsqu'une valeur courante d'un remplissage en air des cylindres est proche ou égale à une valeur de consigne d'un remplissage en air des cylindres, il n’existe pas de réglages dédiés. En conséquence, le fonctionnement d'un moteur actuel est moins performant en conditions extrêmes, c’est-à-dire à une altitude élevée à laquelle la densité de l'air et le remplissage des cylindres diminuent et/ou à une température élevée.
[0020] L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un procédé de contrôle d'un moteur à combustion interne à essence suralimenté comportant un arbre à cames d'admission et/ou un arbre à cames d'échappement comportant:
- une étape de calcul d'un remplissage de consigne en sélectionnant le minimum entre un remplissage de consigne avant limitation et un remplissage maximal sous contrainte d’auto-inflammation d'une combustion,
- une étape de comparaison entre le remplissage de consigne et un remplissage maximal que peut réaliser le moteur à combustion interne avec des réglages initiaux d'arbres à cames d'admission et/ou d'échappement, et
- si le remplissage de consigne est supérieur au remplissage maximal que peut réaliser le moteur à combustion interne avec les réglages initiaux, ledit procédé comporte en outre:
- une étape d'activation d'un réglage optimum d'arbres à cames d'admission et/ou d'échappement dépendant d'une altitude et/ou d'une température extérieure. [0021] Selon une mise en œuvre de l'invention, ledit procédé comporte en outre une étape de vérification préalable que des conditions génériques de fonctionnement du moteur à combustion interne sont remplies, avant de mettre en œuvre l'étape d'activation du réglage optimum d'arbres à cames d'admission et/ou d'échappement.
[0022] Selon une mise en œuvre de l'invention, les conditions génériques de fonctionnement du moteur à combustion interne sont relatives à une température d'un liquide de refroidissement, supérieure à une température seuil ou se trouvant dans une plage de température prédéterminée, et/ou à un régime du moteur à combustion interne se trouvant dans une plage de régime prédéterminée.
[0023] Selon une mise en œuvre de l'invention, ledit procédé comporte en outre une étape de vérification qu'une stratégie d'optimisation transitoire impactant un réglage des arbres à cames d'admission et/ou d'échappement n'est pas déjà activée avant de mettre en œuvre l'étape d'activation du réglage optimum d'arbres à cames d'admission et/ou d'échappement.
[0024] L'invention a également pour objet un calculateur de contrôle d'un moteur à combustion interne à essence suralimenté comportant un arbre à cames d'admission et/ou un arbre à cames d'échappement, caractérisé en ce que ledit calculateur est configuré:
- pour calculer le remplissage de consigne en sélectionnant le minimum entre un remplissage de consigne avant limitation et un remplissage maximal sous contrainte d’auto-inflammation d'une combustion,
- pour effectuer une comparaison entre un remplissage de consigne et un remplissage maximal que peut réaliser le moteur à combustion interne avec des réglages initiaux d'arbres à cames d'admission et/ou d'échappement, et
- si le remplissage de consigne est supérieur au remplissage maximal que peut réaliser le moteur à combustion interne avec les réglages initiaux,
- pour activer un réglage optimum d'arbres à cames d'admission et/ou d'échappement dépendant d'une altitude et/ou d'une température extérieure. [0025] Selon une réalisation de l'invention, ledit calculateur est configuré pour vérifier que des conditions génériques de fonctionnement du moteur à combustion interne sont remplies, avant de mettre en œuvre l'étape d'activation du réglage optimum d'arbres à cames d'admission et/ou d'échappement.
[0026] Selon une réalisation de l'invention, les conditions génériques de fonctionnement du moteur à combustion interne sont relatives à une température d'un liquide de refroidissement, supérieure à une température seuil ou se trouvant dans une plage de température prédéterminée, et/ou à un régime du moteur à combustion interne se trouvant dans une plage de régime prédéterminée.
[0027] Selon une réalisation de l'invention, ledit calculateur est configuré pour vérifier qu'une stratégie d'optimisation transitoire impactant un réglage des arbres à cames d'admission et/ou d'échappement n'est pas déjà activée avant de mettre en œuvre l'étape d'activation du réglage optimum d'arbres à cames d'admission et/ou d'échappement.
[0028] L'invention concerne en outre un véhicule automobile comportant un calculateur tel que précédemment défini.
[0029] Selon une réalisation de l'invention, ledit véhicule automobile comporte un moteur à combustion interne à essence suralimenté.
[0030] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
[0031] [Fig. 1], déjà décrite, montre une architecture d’un moteur à combustion interne suralimenté mettant en œuvre le procédé selon la présente invention;
[0032] [Fig. 2], déjà décrite, Illustre des cycles de combustion de type Miller (à gauche) et Atkinson (à droite); [0033] [Fig. 3], déjà décrite, illustre l’influence d'un taux de "millerisation" sur le rendement volumétrique du moteur à combustion interne;
[0034] [Fig. 4] illustre l'impact de l'altitude sur la performance d'un moteur à combustion interne à essence suralimenté;
[0035] [Fig. 5] illustre le comportement du moteur vis-à-vis des contraintes de la boucle d’air et des limites de combustion;
[0036] [Fig. 6] illustre l’impact de la température sur les performances d'un moteur à combustion interne à essence suralimenté;
[0037] [Fig. 7] est un graphique d'un remplissage en air des cylindres en fonction d'un instant de fermeture des soupapes d'admission illustrant l'impact de la température sur la performance d'un moteur à combustion interne à essence suralimenté;
[0038] [Fig. 8] illustre le positionnement des réglages d'arbres à cames d'admission et d'échappement optimisant les performances en fonction du remplissage pour deux régimes du moteur thermique à essence suralimenté;
[0039] [Fig. 9] illustre un principe de gestion du phasage des arbres à cames d'admission et d'échappement selon l'invention;
[0040] [Fig. 10] illustre des blocs fonctionnels permettant d'activer un réglage spécifique d'arbres à cames en régime stabilisé et en conditions extrêmes selon l'invention;
[0041] [Fig. 11] illustre une première variante des blocs fonctionnels de la figure 10;
[0042] [Fig. 12] illustre une deuxième variante des blocs fonctionnels de la figure 10;
[0043] [Fig. 13] illustre une troisième variante des blocs fonctionnels de la figure 10. [0044] La figure 4 illustre l’impact de l’altitude sur les performances du moteur thermique 10. Pour chaque graphe, il est illustré l’évolution du couple en fonction des instants de fermeture des soupapes d'admission F_adm et des instants de fermeture des soupape d'échappement F_ech. Les étoiles illustrent le réglage optimisant le couple. Les lignes pointillées illustrent les frontières des différentes contraintes. Avec l’altitude, ces frontières évoluent. Avec le réglage initial, le compromis des contraintes n’est plus valable en altitude, le moteur thermique 10 dispose alors de plus de marge à la contrainte initiale. Le réglage des déphaseurs d’arbres à cames n’est donc pas optimal. Ici avec l’altitude, le compromis des contraintes est bien plus accentué sur la partie suralimentation, laissant de la marge sur la partie combustion. Il faut alors retarder la fermeture de la soupape d’admission réduisant par ce biais le taux de millerisation et permettant un meilleur rendement volumétrique du moteur à combustion interne 10. Avec ce nouveau réglage, le couple moteur est plus important que si le réglage initial avait été conservé.
[0045] La figure 5 illustre le comportement du moteur 10 vis-à-vis des contraintes de la boucle d’air Lim_BA (régime du turbocompresseur maximal, température de sortie du compresseur d'air 13, pompage compresseur) et les limites de combustion Lim_COMB (cliquetis, "rumble" ou grondement en français, température échappement). Le remplissage Remp en ordonnée est indiqué en fonction des instants de fermeture des soupapes d'admission F_adm en abscisse. La droite Remp_CC correspond au remplissage à atteindre pour obtenir la cible de couple. L’effet de l’altitude fait que le moteur thermique 10 arrive plus vite dans les limites de la boucle d’air Lim_BA. Si le réglage optimal à 0 m (étoile blanche en pointillés E0) est conservé en altitude alors le remplissage (capacité du moteur à enfermer une masse d’air dans le cylindre par rapport à une masse d’air théorique) maximal atteignable est alors limité par la boucle d’air (étoile grise E1 ) et dans ce cas, le moteur thermique 10 s’éloigne des contraintes de combustion. Avec l'invention, le compromis entre les limites de la boucle d'air Lim_BA et les limites de combustion Lim_COMB se trouve modifié pour passer à l’étoile noire E2 permettant d’avoir un remplissage plus important et par conséquence un couple plus important.
[0046] La figure 6 illustre l’impact de la température sur les performances du moteur à combustion interne suralimenté. Pour chaque graphe, il est illustré l’évolution du couple en fonction des instants de fermeture des soupapes admission F_adm en ordonnée et des soupapes d'échappement F_ech en abscisse. Les étoiles illustrent le réglage optimisant le couple. Les lignes pointillées illustrent les frontières des différentes contraintes. L’augmentation de la température ambiante (et par conséquent de la température dans le répartiteur d'admission 18) n’impacte pas les réglages optimaux. En effet, il y a deux effets qui s’opposent. L’effet température ambiante seule aura tendance à limiter le moteur thermique 10 sur une contrainte de boucle d’air (comme par exemple la température de sortie du compresseur d'air 13) et donc à favoriser un réglage avec une fermeture des soupapes d'admission plutôt tardive. A l’opposé l’effet de la température du répartiteur d'admission 18 seul aura tendance à limiter le moteur thermique 10 sur une contrainte de combustion et donc à favoriser un réglage avec une fermeture précoce des soupapes d'admission.
[0047] La figure 7 illustre le phénomène précédemment cité à propos des deux températures d’air. Le réglage de référence est illustré par l’étoile blanche PO. Dans le cas où seule la température d’air ambiante augmente mais que la température dans le répartiteur d'admission 18 reste identique, alors la température de sortie du compresseur d'air 13 augmente et le moteur à combustion interne 10 atteint une contrainte boucle d’air. Si les réglages de fermeture des soupapes d'admission sont conservés alors la chute de performance est subie (cf. étoile P1 ). Une fermeture plus tardive des soupapes d’admission permet de venir suivre la tendance en limite de la boucle d’air pour permettre de revenir le plus proche possible du couple cible (cf. étoile P2). Dans le cas où seule la température du répartiteur d'admission 18 augmente, le moteur à combustion interne 10 est capable de compenser jusqu’à l’atteinte de la contrainte de combustion (cf. étoile P3). Une fermeture plus précoce des soupapes d’admission permet d’augmenter cette marge et donc de rendre la performance plus robuste (cf. étoile P4). Dans le cas où les deux températures varient en même temps, le compromis reste quasi identique (cf. étoile P5)
[0048] Les impacts de l'altitude et de la température extérieure illustrés sur les figures 4 à 7 montrent l’intérêt de dédier un phasage des arbres à cames spécifique afin de maximiser les performances dans les conditions dégradées des moteurs équipés d’un système de combustion de type "Miller".
[0049] La figure 8 illustre le positionnement des réglages d'arbres à cames d'admission et d'échappement optimisant les performances en fonction du remplissage Remp pour deux régimes du moteur thermique 10. O_adm correspond à l'ouverture des soupapes d'admission exprimée en degrés vilebrequin et F_ech correspond à la fermeture des soupapes d'admission exprimée en degrés vilebrequin. Il est possible de créer un profil unique par régime permettant d’indexer les réglages optimisant les performances du moteur à combustion interne 10 en fonction du remplissage.
[0050] La figure 9 illustre sous forme de schéma bloc l'impact de l'invention sur le pilotage des arbres à cames d'admission et/ou d'échappement déjà existante dans le calculateur de contrôle. Les blocs (1) à (n) correspondent à des réglages prédéfinis des arbres à cames d'admission et/ou d'échappement. L’entrée (a) est un booléen qui représente le besoin d’activation du réglage (1 ). Les entrées (0) à (Q) représentent les booléens d’activation des réglages (2) à (n). Le bloc B1 est un bloc de priorisation de réglages. En effet, si plusieurs entrées sont demandées, le bloc B1 permet de choisir laquelle d'entre elles est plus prioritaire et envoie l’information priorisée au bloc B2. Le bloc B2 permet de sélectionner le réglage final à appliquer (r) parmi les différents réglages prédéfinis.
[0051] Parmi les nombreux réglages prédéfinis, certains n’étaient pas utilisés. L'invention se base sur ce postulat. En effet, un des réglages non utilisés a été détourné de façon à pouvoir y renseigner les réglages optimaux en conditions dégradées. Par conséquence, l’entrée du bloc B1 associé au nouveau réglage est modifiée.
[0052] Pour plus de facilité, on définit le réglage optimisant les performances en condition dégradé comme étant le bloc (2). L’entrée du bloc B1 associée aux réglages du bloc (2) est l’entrée (0).
[0053] La figure 10 illustre sous forme de schéma-bloc l’architecture selon l'invention pour la création du critère d'activation (0) d'un réglage spécifique des arbres à cames d'admission et d'échappement. Suivant ce réglage, les soupapes d'admission sont fermées plus tard que dans le cadre d'un fonctionnement classique de type Miller. Par "réglage des arbres à cames", on entend un réglage des déphaseurs des arbres à cames d'admission et d'échappement. Ce réglage spécifique est un réglage optimum d'arbres à cames d'admission et d'échappement dépendant d'une altitude et/ou d'une température extérieure. Les différents blocs sont mis en œuvre de façon logicielle par un calculateur 30 du véhicule automobile (cf. figure 1 ).
[0054] Le bloc (1 ') permet de calculer le remplissage de consigne (c) en sélectionnant le minimum entre le remplissage de consigne avant limitation (a) et le remplissage maximal sous contrainte d’auto-inflammation d'une combustion (b). Le remplissage de consigne avant limitation (a) est un remplissage d'air de consigne des cylindres déterminé sans prendre en compte les limites de remplissage d’air liées au fonctionnement courant du moteur. Ces limites peuvent être par exemple fonction d’un régime maximal du turbocompresseur 11 , d’une température maximale en sortie du compresseur d'air 13, d’un effet de pompage du compresseur 13, d’une température des gaz d'échappement ou d’une stabilité de combustion. Ce remplissage de consigne avant limitation (a) est l’image de la demande conducteur sans le retour d’information de ce que peut faire le moteur.
Cette notion de limitation est encore communément désignée par saturation ou bornage dans le domaine du contrôle commande moteur.
[0055] Le remplissage maximal sous contrainte d’auto-inflammation d'une combustion (b) tient compte de contraintes liées à un phénomène de cliquetis suivant lequel on observe une combustion non contrôlée des gaz dans la chambre d'un cylindre après l'étincelle ou le phénomène de "rumble" (grondement en français) suivant lequel on observe une combustion non contrôlée des gaz dans la chambre d'un cylindre avant l'étincelle.
[0056] Le bloc (2') vérifie que le remplissage de consigne (c) est supérieur au remplissage maximal que peut faire le moteur 10 avec les réglages initiaux en limite de la boucle d’air (d) et renvoi une valeur booléenne (e), valant par exemple 1 , si la vérification est vraie. Le bloc (3') est un bloc logique "ET" qui vérifie que toutes les conditions d’entrée (e), (f) et (g) sont bien remplies et renvoie la valeur booléenne valant par exemple 1 (0) dans ce cas.
[0057] L’entrée (f) vérifie qu’une optimisation transitoire n’est pas déjà activée afin d’éviter une double activation de réglages des arbres à cames. L'optimisation transitoire correspond à un réglage des arbres à cames mis en œuvre lorsque la valeur courante de remplissage en air des cylindres tend vers une valeur cible éloignée de la valeur courante.
[0058] L’entrée (g) est une vérification préalable que toutes les conditions génériques sont remplies, à savoir que la température de liquide de refroidissement du moteur à combustion interne est supérieure à une température seuil par exemple de l'ordre de 90 degrés Celsius ou se trouve dans une plage de température prédéterminée, et/ou que le régime moteur se trouve dans une plage de régime prédéterminée.
[0059] Suivant une première variante de mise en œuvre illustrée sur la figure 11 , il n’existe pas d’optimisation de la dynamique du moteur. Par conséquence, l’entrée (f) est supprimée. Le bloc (1') permet de calculer le remplissage de consigne (c) en sélectionnant le minimum entre le remplissage de consigne avant limitation (a) et le remplissage maximal sous contrainte d’auto-inflammation d'une combustion (b). Le bloc (2') vérifie que le remplissage de consigne (c) est supérieur au remplissage maximal que peut faire le moteur avec les réglages initiaux (d) et renvoi 1 (e) si la vérification est vraie. Le bloc (3') est un bloc logique "ET" qui vérifie que toutes les conditions d’entrée (e), (f) et (g) sont bien remplies et renvoi la valeur 1 (0) dans ce cas. L’entrée (g) est une vérification préalable que toutes les conditions génériques sont remplies (température d’eau, régime moteur, ou autre).
[0060] Suivant une deuxième variante de mise en œuvre illustrée sur la figure 12, les conditions génériques (g) sont retirées également, de sorte que le bloc (3') n’a plus lieu d’exister. Le bloc (1') permet de calculer le remplissage de consigne (c) en sélectionnant le minimum entre le remplissage de consigne avant limitation (a) et le remplissage maximal sous contrainte d’auto-inflammation d'une combustion (b). Le bloc (2') vérifie que le remplissage de consigne (c) est supérieur au remplissage maximal que peut faire le moteur 10 avec les réglages initiaux (d) et renvoi 1 (P) si la vérification est vraie.
[0061] Suivant une troisième variante de mise en œuvre illustrée sur la figure 13, le remplissage de consigne n’est pas limité par les contraintes de combustion (b). Dans ce cas, il s’agit d’une simple comparaison entre le remplissage de consigne (a) et le remplissage maximal atteignable par le moteur (d). Par conséquence, le bloc (T) n’existe plus. Le bloc (2') vérifie que le remplissage de consigne avant limitation (a) est supérieur au remplissage maximal que peut faire le moteur 10 avec les réglages initiaux (d) et renvoi 1 (P) si la vérification est vraie.
[0062] D’autres variantes résultantes de la combinaison des variantes précédentes peuvent être mises en œuvre.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle d'un moteur à combustion interne (10) à essence suralimenté comportant un arbre à cames d'admission et/ou un arbre à cames d'échappement, caractérisé en ce que ledit procédé comporte:
- une étape de calcul d'un remplissage de consigne (c) en sélectionnant le minimum entre un remplissage de consigne avant limitation (a) et un remplissage maximal sous contrainte d’auto-inflammation d'une combustion (b),
- une étape de comparaison entre le remplissage de consigne (c) et un remplissage maximal que peut réaliser le moteur à combustion interne (10) avec des réglages initiaux d'arbres à cames d'admission et/ou d'échappement, et
- si le remplissage de consigne (c) est supérieur au remplissage maximal que peut réaliser le moteur à combustion interne (10) avec les réglages initiaux (d), ledit procédé comporte en outre:
- une étape d'activation d'un réglage optimum d'arbres à cames d'admission et/ou d'échappement dépendant d'une altitude et/ou d'une température extérieure.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de vérification préalable que des conditions génériques (g) de fonctionnement du moteur à combustion interne (10) sont remplies, avant de mettre en œuvre l'étape d'activation du réglage optimum d'arbres à cames d'admission et/ou d'échappement.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les conditions génériques de fonctionnement du moteur à combustion interne (10) sont relatives à une température d'un liquide de refroidissement, supérieure à une température seuil ou se trouvant dans une plage de température prédéterminée, et/ou à un régime du moteur à combustion interne (10) se trouvant dans une plage de régime prédéterminée.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de vérification qu'une stratégie d'optimisation transitoire (f) impactant un réglage des arbres à cames d'admission et/ou d'échappement n'est pas déjà activée avant de mettre en œuvre l'étape d'activation du réglage optimum d'arbres à cames d'admission et/ou d'échappement.
5. Calculateur (30) de contrôle d'un moteur à combustion interne (10) à essence suralimenté comportant un arbre à cames d'admission et/ou un arbre à cames d'échappement, caractérisé en ce que ledit calculateur (30) est configuré
- pour calculer le remplissage de consigne (c) en sélectionnant le minimum entre un remplissage de consigne avant limitation (a) et un remplissage maximal sous contrainte d’auto-inflammation d'une combustion (b),
- pour effectuer une comparaison entre un remplissage de consigne et un remplissage maximal que peut réaliser le moteur à combustion interne (10) avec des réglages initiaux d'arbres à cames d'admission et/ou d'échappement, et
- si le remplissage de consigne (c) est supérieur au remplissage maximal que peut réaliser le moteur à combustion interne (10) avec les réglages initiaux (d),
- pour activer un réglage optimum d'arbres à cames d'admission et/ou d'échappement dépendant d'une altitude et/ou d'une température extérieure.
6. Calculateur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est configuré pour vérifier que des conditions génériques (g) de fonctionnement du moteur à combustion interne (10) sont remplies, avant de mettre en œuvre l'étape d'activation du réglage optimum d'arbres à cames d'admission et/ou d'échappement.
7. Calculateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les conditions génériques de fonctionnement du moteur à combustion interne (10) sont relatives à une température d'un liquide de refroidissement, supérieure à une température seuil ou se trouvant dans une plage de température prédéterminée, et/ou à un régime du moteur à combustion interne (10) se trouvant dans une plage de régime prédéterminée.
8. Calculateur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il est configuré pour vérifier qu'une stratégie d'optimisation transitoire (f) impactant un réglage des arbres à cames d'admission et/ou d'échappement n'est pas déjà activée avant de mettre en œuvre l'étape d'activation du réglage optimum d'arbres à cames d'admission et/ou d'échappement.
9. Véhicule automobile comportant un calculateur (30) selon l'une quelconque des revendications 5 à 8.
10. Véhicule automobile selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur (10) à combustion interne à essence suralimenté.
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