FR2796418A1 - Procede de commande d'un moteur a combustion en vue de supprimer le cliquetis - Google Patents
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Abstract
L'invention propose un procédé de commande d'un moteur à combustion à quatre temps en vue de supprimer le cliquetis, caractérisé en ce que lorsque l'on a détecté l'apparition du cliquetis dans la chambre de combustion (12), en fonction du point de fonctionnement du moteur, on modifie les lois d'ouverture de la soupape d'admission (18) et/ ou de la soupape d'échappement (19) de façon à modifier la structure physico-chimique des gaz admis dans la chambre de combustion (12) et à supprimer le phénomène de cliquetis.
Description
"Procédé de commande d'un moteur à combustion en vue de supprimer le cliquetis" La présente invention concerne un moteur à combustion, notamment un moteur thermique de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de commande d'un moteur à combustion à quatre temps en vue de supprimer le cliquetis.
Le cliquetis est un phénomène de combustion anormale par détonation qui apparaît de façon plus ou moins aléatoire dans certaines conditions de fonctionnement.
En général, le cliquetis apparaît après l'allumage de la charge et il détruit la propagation normale de la combustion. Le cliquetis est très préjudiciable car il peut rapidement conduire à la destruction du moteur par augmentation de la température suite à l'augmentation locale des échanges thermiques.
Une méthode courante pour supprimer le cliquetis consiste à réduire l'avance à l'allumage de façon à retarder le départ de l'allumage. Ceci réduit la température et la pression maximales au voisinage du point mort haut de la course ascendante du piston, et supprime le cliquetis qui dépend principalement de ces paramètres de température et de pression.
La réduction de l'avance à l'allumage à toutefois pour inconvénient de dégrader les performances du moteur, en particulier le couple et la consommation de carburant, et d'augmenter la température des gaz d'échappement, ce qui tend à détériorer la ligne d'échappement.
L'invention vise à proposer un procédé de commande d'un moteur à combustion en vue de supprimer le cliquetis sans les inconvénients précités.
Dans ce but, l'invention propose un procédé de commande d'un moteur à combustion à quatre temps en vue de supprimer le cliquetis, du type comportant un circuit d'admission d'air ou de mélange air/carburant et un circuit d'échappement de gaz brûlés qui communiquent avec une chambre de combustion d'au moins un cylindre du moteur, du type dans lequel les communications des circuits d'admission et d'échappement avec la chambre sont susceptibles d'être obturées chacune respectivement par au moins une soupape, respectivement d'admission et d'échappement, du type comportant un dispositif pour modifier les lois d'ouverture des soupapes, caractérisé en ce que lorsque l'on a détecté l'apparition du cliquetis dans la chambre de combustion, en fonction du point de fonctionnement du moteur, on modifie les lois d'ouverture de la soupape d'admission et/ou de la soupape d'échappement à modifier la structure physico-chimique des gaz admis dans la chambre de combustion et de façon à supprimer le phénomène de cliquetis.
Grâce à la mise en oeuvre d'un tel procédé le risque de cliquetis est supprimé de façon simple, sans modifier l'avance à l'allumage.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention - si le moteur est dans une phase de charge partielle, on réduit la quantité de gaz brûlés recirculés à l'intérieur de la chambre de combustion du cylindre d'une valeur prédéterminée ; - si le moteur est dans une phase de pleine charge, on augmente l'intensité du mouvement aérodynamique ordonné de la charge carburée à l'intérieur de la chambre de combustion du cylindre d'une valeur prédéterminée ; - on augmente l'intensité du mouvement aérodynamique ordonné de la charge carburée à l'aide de moyens générateurs de turbulences dans le circuit d'admission ; - les moyens générateurs de turbulences sont pilotés électroniquement ; - on augmente l'intensité du mouvement aérodynamique ordonné de la charge carburée par la commande des soupapes d'admission ; - ladite commande des soupapes d'admission consiste, si 1e moteur comporte une seule soupape d'admission par cylindre, à retarder l'instant de fermeture de la soupape d'admission et, si le moteur comporte plusieurs soupapes d'admission par cylindre, à créer un déphasage entre les instants d'ouverture des soupapes d'admission et/ou entre les instants de fermeture des soupapes d'admission d'un même cylindre ; - le mouvement aérodynamique ordonné a son axe moyen de rotation sensiblement parallèle à l'axe du piston et son sens de rotation s'inverse avec l'inversion du sens de déplacement du piston dans le cylindre ; - pour réduire la quantité de gaz brûlés recirculés, on réduit l'écart entre l'instant d'ouverture des soupapes d'admission et l'instant de fermeture des soupapes d'échappement si ledit instant d'ouverture a lieu avant ledit instant de fermeture, et/ou on rapproche l'instant de fermeture des soupapes d'échappement du point mort haut de la course ascendante du piston, et/ou on rapproche l'instant d'ouverture des soupapes d'admission du point mort haut de la course ascendante du piston ; - le moteur est du type dans lequel les soupapes sont à ouverture commandée par un actionneur, notamment par un actionneur linéaire électromagnétique, relié à une unité électronique de commande.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe d'une partie d'un moteur à combustion interne à soupapes sans arbre à cames et commandé selon un procédé conforme aux enseignements de l'invention ; - la figure 2 est un diagramme de distribution d'un moteur à quatre temps en fonctionnement normal ; - la figure 3 est un diagramme de distribution d'un moteur à quatre temps avec retardement de la fermeture de la soupape d'admission ; - la figure 4 est un diagramme de distribution d'un moteur à quatre temps avec déphasage de la fermeture et de l'ouverture des soupapes d'admission ; - la figure 5 est un diagramme de distribution d'un moteur à quatre temps avec une réduction du croisement des soupapes; - la figure 6 est un diagramme de distribution d'un moteur à quatre temps avec un rapprochement de l'instant de fermeture de la soupape d'échappement du point mort haut PMH ; - la figure 7 est un diagramme de distribution d'un moteur à quatre temps fonctionnant sans croisement des soupapes avec un rapprochement de l'instant de fermeture de la soupape d'échappement du point mort haut PMH.
On a représenté à la figure 1 un cylindre 10 d'un moteur à combustion interne à quatre temps sans arbre à cames, aussi appelé moteur camless . Mais les explications sur le fonctionnement du moteur et sur le fonctionnement du procédé selon l'invention s'appliquent à tous les types de moteur à combustion interne équipés d'un dispositif pour modifier les lois d'ouverture des soupapes.
La partie supérieure du cylindre 10 forme une chambre de combustion 12 délimitée par un piston mobile 14 et par une culasse 15.
Le cylindre 10 comporte plusieurs soupapes d'admission et plusieurs soupapes d'échappement. On a représenté une seule soupape d'admission 18 et une seule soupape d'échappement 19. Le cylindre 10 est alimenté en mélange air/carburant par un circuit d'admission 16 qui débouche dans la chambre de combustion 12 au travers des soupapes d'admission dont les déplacements sont commandés par des actionneurs électromagnétiques linéaires 11 afin d'obturer ou non les communications entre le circuit d'admission 16 et la chambre de combustion 12.
Un circuit d'échappement 17 est prévu pour l'évacuation des gaz brûlés hors de la chambre de combustion 12 au travers des soupapes d'échappement également commandées par des actionneurs linéaires électromagnétiques 13.
La commande des soupapes d'admission et d'échappement est assurée par une unité électronique de commande (non représentée) qui pilote les actionneurs 11, 13, et qui commande aussi l'injection de carburant, ici indirecte, au moyen d'un injecteur 20, de même que l'allumage au moyen d'une bougie (non représentée).
L'unité électronique de commande comporte notamment des moyens de mémorisation d'une ou plusieurs cartographies de fonctionnement du moteur dont chacune détermine les différents paramètres et états du moteur pour une gamme de points de fonctionnement.
L'unité électronique de commande reçoit des signaux représentatifs de paramètres de fonctionnement tels que le régime du moteur, la pression atmosphérique, la pression dans chaque cylindre, le débit des gaz d'admission et/ou d'échappement, le couple instantané fourni, etc.
Selon le principe du cycle à quatre temps d'un moteur à combustion, celui-ci s'effectue en deux rotations du vilebrequin et en quatre courses du piston 14, les quatre temps du cycle étant l'admission, la compression, la combustion et l'échappement.
Lors d'une rotation du vilebrequin, le piston 14 effectue une course descendante du point mort haut PMH vers le point mort bas PMB, puis il effectue une course ascendante du point mort bas PMB vers le point mort haut PMH.
En considérant la représentation simplifiée du cylindre 10 de la figure 1, lors de l'admission, les soupapes d'admission sont ouvertes et le piston 14 descend. L'augmentation du volume V du cylindre 10 crée une dépression qui provoque l'aspiration du mélange air/carburant.
Sur la figure 2, on a représenté un exemple de diagramme de distribution. Sur ce diagramme on remarque que l'ouverture OA des soupapes d'admission s'effectue en avance par rapport au point mort haut PMH du piston 14, selon un angle compris par exemple entre 0 et 45 .
La fermeture FA des soupapes d'admission 18 se produit avec un retard par rapport au point mort bas PMB du piston 14, selon un angle compris par exemple entre 30 et 90 .
Lors de la compression, les soupapes d'admission et d'échappement sont fermées et le piston 14 monte et comprime le mélange dans la chambre de combustion 12. Quelques degrés d'angle avant le point mort haut PMH, l'allumage se produit à un instant, ou point d'allumage, dont l'avance par rapport au point mort haut PMH est comprise entre 0 et 40 .
Lors de l'explosion, combustion puis détente, le piston 14 est poussé vers le bas de sa course sous l'action des gaz et, quelques degrés avant le point mort bas PMB, les soupapes d'échappement s'ouvrent provoquant une chute de la pression dans le cylindre 10. L'instant d'ouverture OE des soupapes d'échappement décrit un angle avec le point mort bas PMB compris par exemple entre 10 et 90 .
Lors de l'échappement, les soupapes d'échappement sont ouvertes, le piston 14 monte et balaie le cylindre 10. La fermeture FE des soupapes d'échappement se produit avec retard par rapport au point mort haut PMH, selon un angle compris par exemple entre 0 et 30 . Lors du passage d'un cycle déterminé au cycle suivant, il se produit un croisement des soupapes qui est illustré à la figure 2, c'est à dire une phase durant laquelle les soupapes d'admission sont ouvertes alors que les soupapes d'échappement ne sont pas encore fermées.
L'ouverture OE des soupapes d'échappement a souvent lieu avant le point mort bas PMB et elle est destinée à abaisser la pression interne du cylindre 10 avant que le piston 14 atteigne le point mort bas PMB, de manière à éviter la contre- pression qui ralentirait la montée du piston 14. L'avance de l'ouverture OE des soupapes d'échappement par rapport au point mort bas PMB est donc d'autant plus grande que le moteur est conçu pour fonctionner à régime plus élevé.
De manière connue, on détecte l'apparition d'un phénomène de cliquetis sur le cylindre 10 par des moyens spécifiques (non représentés).
Par exemple, on utilise un capteur de pression piézo électrique fixé sur le moteur. Ce capteur est prévu pour reconnaître une onde de choc produite par le phénomène de cliquetis.
On expliquera maintenant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention lorsque l'on a détecté l'apparition du cliquetis alors que le moteur est dans une phase de pleine charge, c'est à dire que le moteur est sollicité au maximum.
Sitôt que l'apparition du cliquetis sur un cylindre 10 est détectée, on augmente l'intensité du mouvement aérodynamique ordonné de la charge carburée à l'intérieur de la chambre de combustion 12 d'une valeur prédéterminée.
II est connu de produire, à l'intérieur de la chambre de combustion 12 d'un cylindre 10, un mouvement aérodynamique ordonné de type rotatif.
II existe plusieurs types de mouvements aérodynamiques ordonnés. Par exemple, le swirl est un mouvement aérodynamique ordonné dont l'axe moyen de rotation est sensiblement parallèle à l'axe du piston 14 et dont le sens de rotation s'inverse avec l'inversion du sens de déplacement du piston 14 dans le cylindre 10.
Un tel mouvement aérodynamique ordonné favorise la préparation du mélange air/carburant et optimise la vitesse de combustion.
Des procédés de mesure de l'intensité du swirl à l'intérieur de la chambre de combustion 12 permettent de définir cette intensité par un nombre de swiris .
On augmente l'intensité du swirl par une modification appropriée des lois d'ouverture de la soupape d'admission et/ou de la soupape d'échappement.
A cette méthode on peut ajouter l'utilisation de moyens générateurs de turbulences dans le circuit d'admission tels que, par exemple, des jets d'air, des volets, des boisseaux ou des déflecteurs de soupapes, pilotés électron iquement.
Dans le cas d'un moteur du type sans arbre à cames, on augmente l'intensité du swirl de préférence en modifiant la commande des soupapes d'admission.
Si le cylindre 10 comporte une seule soupape d'admission, on retarde l'instant de fermeture FA de la soupape d'admission, comme c'est illustré à la figure 3. Par exemple on retarde cet instant d'un angle de 5 pour augmenter le swirl de 1.
Si le cylindre 10 comporte plusieurs soupapes d'admission, on déphase les instants d'ouverture OA et/ou de fermeture FA des soupapes d'admission les uns par rapport aux autres. En première approximation, plus le déphasage est important, plus le swirl augmente. Par des essais de déphasage et des mesures du nombre de swirls obtenu, on peut déterminer l'augmentation du swirl en fonction du déphasage.
La figure 4 illustre un exemple de déphasage des instants d'ouverture et de fermeture des soupapes d'admission dans le cas d'un moteur à deux soupapes d'admission par cylindre.
Les références OA1 et OA2 indiquent, respectivement, les instants d'ouverture d'une première et d'une seconde soupape d'admission. Les références FA1 et FA2 indiquent, respectivement, les instants de fermeture de la première et de la seconde soupape d'admission.
On remarque que, pour la première soupape d'admission, on applique deux séquences d'ouverture et de fermeture, l'une encadrant le point mort haut PMH et l'autre encadrant le point mort bas PMB.
Pour la seconde soupape d'admission, on applique une seule séquence d'ouverture et de fermeture. L'ouverture OA2 a lieu au point mort haut PMH tandis que la fermeture FA2 a lieu au point mort bas PMB.
On peut aussi ne déphaser que les instants d'ouverture OA1, OA2 ou que les instants de fermeture FA1, FA2 des soupapes d'admission. Par exemple on ouvre la première soupape d'admission avant le point mort haut PMH, puis la seconde soupape d'admission au point mort haut PMH, et on ferme les deux soupapes d'admission après le point mort bas PMB.
L'augmentation du swirl permet d'augmenter les vitesses de combustion dans le cylindre. Ceci avance le dégagement d'énergie par rapport au point mort haut PMH de plusieurs degrés. La température et la pression maximales au voisinage du point mort haut PMH sont réduites. Le risque de cliquetis est supprimé.
Il est à noter que les pertes de couple et la surconsommation dues à l'augmentation du swirl sont minimes proportionnellement à celles dues au retardement du point d'allumage, employé habituellement pour supprimer le cliquetis. On expliquera maintenant la mise en ceuvre du procédé selon l'invention lorsque l'on a détecté l'apparition du cliquetis alors que le moteur est dans une phase de charge partielle, c'est à dire que le moteur n'est pas sollicité à son maximum.
Sitôt que l'apparition du cliquetis sur un cylindre 10 est détectée, on réduit la quantité de gaz brûlés recirculés GBR à l'intérieur de la chambre de combustion 12 du cylindre 10 d'une valeur prédéterminée.
En effet, en phase de charge partielle, les fortes températures générant des risques de cliquetis sont liées en grande partie à l'existence d'une forte proportion de gaz brûlés recirculés GBR. Ceux-ci résultent soit du croisement des soupapes d'échappement et d'admission, soit d'une vidange incomplète, c'est à dire que la fermeture des soupapes d'échappement à lieu loin du point mort haut PMH. Cette forte proportion de gaz brûlés recirculés GBR est voulue pour des questions de préparation de mélange ou de limitation des pertes par pompage.
La figure 5 représente un diagramme de distribution dans lequel on a cherché à réduire la proportion de gaz brûlés recirculés GBR en réduisant le croisement des soupapes. Pour cela on a rapproché l'instant d'ouverture OA des soupapes d'admission de l'instant de fermeture FE des soupapes d'échappement.
La figure 6 représente un diagramme de distribution dans lequel on a cherché à réduire la proportion de gaz brûlés recirculés GBR en augmentant la vidange du cylindre 10 en gaz brûlés. Pour cela on a rapproché l'instant de fermeture FE des soupapes d'échappement du point mort haut PMH.
Dans l'exemple de la figure 6, le rapprochement de l'instant de fermeture FE des soupapes d'échappement a réduit le croisement des soupapes. Mais il est aussi possible de conserver le même croisement des soupapes en déplaçant l'instant d'ouverture OA des soupapes d'admission en conséquence.
Sur la figure 7 on a représenté un diagramme de distribution du cylindre 10 lorsqu'il fonctionne selon un mode sans croisement des soupapes, c'est à dire que l'instant de fermeture FE de la soupape d'échappement 19 a lieu avant l'instant d'ouverture OA de la soupape d'admission 18.
Selon ce mode de distribution, la quantité de gaz brûlés recirculés GBR est déterminée par la quantité de gaz brûlés qui restent enfermés dans la chambre de combustion 12 à la fermeture FE de la soupape d'échappement 19.
Habituellement, dans ce mode de distribution, l'instant de fermeture FE de la soupape d'échappement 19 est symétrique à l'instant d'ouverture OA de la soupape d'admission 18 par rapport au point mort haut PMH. Mais dans le procédé selon l'invention, comme on le voit sur la figure 7, on rapproche l'instant de fermeture FE de la soupape d'échappement 19 du point mort haut PMH afin de diminuer la quantité de gaz brûlés enfermés à l'intérieur de la chambre de combustion 12. Ceci a pour effet de réduire sensiblement la proportion de gaz brûlés recirculés GBR dans le cylindre 10.
II est à noter que les pertes de couple et la surconsommation dues à la variation de la quantité de gaz brûlés recirculés GBR sont minimes proportionnellement à celles dues au retardement du point d'allumage, employé habituellement pour supprimer le cliquetis.
Le procédé selon l'invention s'applique aussi à un moteur qui comporte une seule soupape d'admission et/ou une seule soupape d'échappement.
On note que sur les moteurs à arbres à cames, on modifie les lois d'ouverture des soupapes au moyen de dispositifs connus de distribution variable.
La suppression du cliquetis est effectuée, en général, par une correction en boucle rapide et boucle lente. Dès que l'on détecte l'apparition du cliquetis sur un cylindre, selon que le moteur est dans une phase de charge partielle ou dans une phase de pleine charge, on augmente la turbulence d'une valeur de swirl élevée, ou l'on diminue la quantité de gaz brûlés recirculés GBR d'une valeur importante. C'est la correction dite en boucle rapide.
Ensuite, on contrôle à intervalles réguliers que le cliquetis a disparu sur le cylindre 10 et on diminue progressivement la turbulence d'une faible valeur de swirl , ou l'on augmente la quantité de gaz brûlés recirculés GBR d'une faible valeur, pour revenir à l'état de départ et aux paramètres de réglage moteur correspondants. C'est la correction dite en boucle lente.
Les principes mis en oeuvre dans le cadre du procédé selon l'invention s'appliquent bien entendu à un moteur à plusieurs cylindres dont chacun comporte, le cas échéant, une ou plusieurs soupapes d'admission et une ou plusieurs soupapes d'échappement.
Dans le cas d'un moteur à plusieurs cylindres, lorsque l'on a détecté l'apparition du cliquetis sur un cylindre, on applique le procédé selon l'invention avec une correction en boucle rapide et boucle lente sur le cylindre incriminé, afin de supprimer le cliquetis. On peut aussi appliquer une correction similaire d'amplitude adaptée sur les autres cylindres, afin de prévenir l'apparition du cliquetis. En effet, s'il est apparu du cliquetis sur un cylindre, il y a un risque important que le cliquetis apparaisse aussi sur les autres cylindres.
On revient à l'état de départ de façon régulée par une correction en boucle lente.
Claims (10)
1. Procédé de commande d'un moteur à combustion à quatre temps en vue de supprimer le cliquetis, du type comportant un circuit d'admission d'air (16) ou de mélange air/carburant et un circuit d'échappement (17) de gaz brûlés qui communiquent avec une chambre de combustion (12) d'au moins un cylindre (10) du moteur, du type dans lequel les communications des circuits d'admission (16) et d'échappement (17) avec la chambre (12) sont susceptibles d'être obturées chacune respectivement par au moins une soupape, respectivement d'admission (18) et d'échappement (19), du type comportant un dispositif pour modifier les lois d'ouverture des soupapes, caractérisé en ce que lorsque l'on a détecté l'apparition du cliquetis dans la chambre de combustion (12), en fonction du point de fonctionnement du moteur, on modifie les lois d'ouverture de la soupape d'admission (18) et/ou de la soupape d'échappement (19) de façon à modifier la structure physico-chimique des gaz admis dans la chambre de combustion (12) et à supprimer le phénomène de cliquetis.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que si le moteur est dans une phase de charge partielle, on réduit la quantité de gaz brûlés recirculés (GBR) à l'intérieur de la chambre de combustion (12) du cylindre (10) d'une valeur prédéterminée.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que si le moteur est dans une phase de pleine charge, on augmente l'intensité du mouvement aérodynamique ordonné de la charge carburée à l'intérieur de la chambre de combustion (12) du cylindre (10) d'une valeur prédéterminée.
4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'on augmente l'intensité du mouvement aérodynamique ordonné de la charge carburée à l'aide de moyens générateurs de turbulences dans le circuit d'admission (16).
5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens générateurs de turbulences sont pilotés électroniquement.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'on augmente l'intensité du mouvement aérodynamique ordonné de la charge carburée par la commande des soupapes d'admission (18).
7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite commande des soupapes d'admission (18) consiste, si le moteur comporte une seule soupape d'admission (18) par cylindre (10), à retarder l'instant de fermeture (FA) de la soupape d'admission (18) et, si le moteur comporte plusieurs soupapes d'admission (18) par cylindre (10), à créer un déphasage entre les instants d'ouverture (0A) des soupapes d'admission (18) et/ou entre les instants de fermeture (FA) des soupapes d'admission (18) d'un même cylindre (10).
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le mouvement aérodynamique ordonné a son axe moyen de rotation sensiblement parallèle à l'axe du piston (14) et son sens de rotation s'inverse avec l'inversion du sens de déplacement du piston (14) dans le cylindre (10).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que, pour réduire la quantité de gaz brûlés recirculés (GBR), on réduit l'écart entre l'instant d'ouverture (0A) des soupapes d'admission (18) et l'instant de fermeture (FE) des soupapes d'échappement (19) si ledit instant d'ouverture (0A) a lieu avant ledit instant de fermeture (FE), et/ou on rapproche l'instant de fermeture (FE) des soupapes d'échappement (19) du point mort haut (PMH) de la course ascendante du piston (14), et/ou on rapproche l'instant d'ouverture (0A) des soupapes d'admission (19) du point mort haut (PMH) de la course ascendante du piston (14).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur est du type dans lequel les soupapes sont à ouverture commandée par un actionneur, notamment par un actionneur linéaire électromagnétique (11, 13), relié à une unité électronique de commande.
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