FR2798962A1

FR2798962A1 - Procede de commande d'un moteur a combustion interne

Info

Publication number: FR2798962A1
Application number: FR9911934A
Authority: FR
Inventors: Didier Blancard; Denis Levasseur; Frederic Roque
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 1999-09-24
Publication date: 2001-03-30
Anticipated expiration: 2019-09-24
Also published as: FR2798962B1

Abstract

Procédé de commande d'un moteur à combustion interne (1) du type comportant un système électronique de contrôle moteur (7) déterminant suivant les conditions de fonctionnement du moteur, les valeurs des paramètres de commande du moteur, par lequel au moins un paramètre de commande est corrigé de façon à maintenir la puissance maximale du moteur inférieure à une valeur limite prédéterminée, caractérisé en ce qu'il consiste à limiter selon le point de fonctionnement du moteur, l'angle d'ouverture (alphaPAP) du papillon des gaz (8) contrôlant le débit des gaz comburant alimentant le moteur.

Description

PROCEDE DE COMMANDE D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention se rapporte à un procédé de commande d'un moteur à combustion interne destiné notamment à équiper un véhicule automobile ou routier. L'invention concerne plus particulièrement un procédé commande de la position du papillon des gaz servant contrôler le débit d'air comburant alimentant le moteur et ce pour limiter la puissance de ce dernier. Dans un certain nombre de circonstances et notamment pour satisfaire à des contraintes réglementaires, il peut être nécessaire de limiter la puissance maximale délivrée par moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile ou un véhicule routier ou encore une motocyclette. La puissance d'un moteur à combustion interne est définie comme le produit du couple généré par le moteur par le régime de rotation du vilebrequin (P (W) = C(N.m) x N(t/mn) x 2n/60 ; avec P puissance, C couple et N régime moteur). Le couple généré par le moteur est déduit de l'énergie dégagée par la combustion. Cette énergie de combustion se retrouve en partie sous forme d'énergie mécanique utile, en partie sous forme de chaleur perdue évacuée par le système de refroidissement (eau ou air, huile) et pour le reste dans les gaz d'échappement. L'énergie mécanique utile apparaît ainsi sous la forme d'une force de poussée sur le piston, transmise au vilebrequin par la bielle. L'énergie mécanique réellement disponible au bout du vilebrequin après déduction des pertes par frottement se traduit par un couple de forces qui sera exploité par la transmission du véhicule en le transformant dans la boîte de vitesses et le différentiel pour obtenir une force propulsive aux roues.

Le couple généré par le moteur est donc directement lié à l'énergie de la combustion et donc aux masses d'air et de carburant admises dans le moteur ainsi qu'aux rendements thermodynamique et mécanique. Les principaux paramètres moteur qui permettent d'agir sur le couple généré par moteur sont donc le débit d'air, le débit de carburant et phasage dans le cycle, ainsi que l'instant d'allumage (dans le cas des moteurs à allumage commandé). Les systèmes connus qui tendent à limiter la puissance maximale d'un moteur agissent donc soit directement sur le régime (en plafonnant par exemple le régime maximal du moteur l'injection de carburant est coupée au delà une certaine valeur limite) soit sur le couple en modifiant les paramètres moteurs agissent sur la combustion : avance à l'allumage, injection carburant, loi de levée des soupapes ... Le plafonnement du régime est une méthode assez brutale à même de gêner le conducteur. Quant à l'action sur le couple, elle a pour principaux inconvénients de pénaliser les performances du moteur dans une large plage de fonctionnement et par ailleurs d'engendrer une surconsommation lorsque le rendement de la combustion a été dégradé. L' et de la présente invention est donc de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de commande du moteur qui limite la puissance maximale du moteur sans pour autant dégrader les performances du moteur en particulier à bas régime et sans dégrader non plus le rendement thermo-mécanique . Le procédé selon l'invention de commande du moteur concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne comportant un système électronique de contrôle moteur déterminant suivant les conditions de fonctionnement du moteur les valeurs des paramètres de commande du moteur. Ce procédé est du type par lequel au moins un paramètre de commande est corrigé pour limiter la puissance du moteur.

Selon l'invention, le procédé de commande du moteur est caractérisé en ce qu'il consiste à limiter selon le point de fonctionnement du moteur, la section d'ouverture du papillon ou encore l'angle d'ouverture du papillon des gaz contrôlant le debit des gaz comburant alimentant le moteur. Selon une autre caractéristique du procédé de commande d moteur à combustion interne objet de la présente invention, la limitation de l'angle d'ouverture du papillon des gaz dépend régime de rotation du moteur. Selon une autre caractéristique du procédé de commande moteur à combustion interne objet de la présente invention, la limitation de l'angle d'ouverture du papillon des gaz dépend du régime de rotation du moteur et de la pression régnant dans collecteur d'admission en aval du papillon des gaz. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention appliqué à un moteur quatre temps à allumage commandé, ce mode de realisation étant donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel la figure 1 est un schéma structurel, en coupe partielle, du moteur et de son dispositif de contrôle moteur mettant en oeuvre le procédé objet de la présente invention. En se reportant à la figure 1, on voit de façon schématique un moteur à combustion interne réferencé 1 équipé d'un système électronique de contrôle moteur 7 mettant en oeuvre le procédé de limitation de la puissance maximale selon la présente invention. Seules les parties constitutives nécessaires à la compréhension de l'invention ont été figurées. Le moteur à combustion interne 1, qui par exemple du type quatre temps à allumage commandé et à cylindres en ligne, est équipé d'un dispositif d'injection multi-point par lequel chaque cylindre est alimenté en carburant par un électro- injecteur 5 spécifique. L'ouverture de chaque électro-injecteur 5 est commandé par le système electronique de contrôle moteur 7, qui détermine la quantité de carburant injectée ou la durée d'injection Ti dans un système d'injection du type pression- temps, ainsi que le phasage de l'injection dans le cycle suivant les conditions de fonctionnement du moteur. L'alimentation en air comburant est commandée par un papillon des gaz 8. Ce papillon des gaz du type motorisé, est piloté par le système électronique de contrôle moteur 7 à partir de la position de la pédale accélérateur 9 transmise par un capteur de déplacement approprié. Ainsi, le système de contrôle moteur transforme selon une table adaptée, l'angle d'enfoncement de la pédale d'accélérateur aPED en un angle aPAP d'ouverture du papillon des gaz. Dans la présente description, le paramètre aPAP est utilisé comme paramètre de calcul ou de commande mais bien évidemment on peut utiliser en lieu et place le paramètre équivalent Section d'ouverture du papillon. A une section donnée correspond un angle donné et à un angle donné correspond une section donnée. Cette table de correspondance entre l'angle d'enfoncement de la pédale d'accélérateur aPED et l'angle aPAP d'ouverture du papillon des gaz, peut être plus ou moins complexe et tenir compte notamment du point de fonctionnement moteur (cartographie pression régime, etc.) ainsi que du rapport de la boîte de vitesses. Cette table introduit notamment une loi de progressivité adaptée entre l'enfoncement de la pédale d'accélérateur et l'ouverture du papillon des gaz, loi de progressivité qui a pour effet de limiter les trop brusques variations de charge du moteur et donc supprimer à la source un certain nombre de perturbations à l'origine d'à-coups de couple. Cette loi de progressivité peut par exemple prendre en compte la vitesse d'enfoncement aPED' de la pédale d'accélérateur 9. La relation entre l'ouverture aPAP du papillon des gaz et l'enfoncement de la pédale d'accélérateur aPED peut s'écrire à partir de la formulation suivante (i) (xPAP = aPAPr + f(aPED) x (aPAPmax - aPAPr) ave c aPAPr : angle d'ouverture du papillon pour réaliser la consigne de régime ralenti, cette valeur est calibrée ; aPAPmax : angle d'ouverture maximal du papillon, cette valeur est calibrée ; fo ) : fonction par laquelle on associe à chaque valeur de aPED un pourcentage d'ouverture du papillon des gaz 8, cette fonction peut par exemple être stockée dans système électronique de contrôle moteur 7 sous forme d'une table (ou cartographie), les valeurs non tabulées étant obtenues par interpolation. Cette fonction f est caractérisée par les valeurs extrêmes : lorsque la pédale est au repos, f (aPED) vaut 0 et lorsque la pédale est en position pied à fond, f(aPED) vaut 1 et par une progressivité adaptée entre ces valeurs extrêmes par exemple de type hyperbolique, ainsi si la pédale est mi-course f(aPED) vaut 0,11. Le système de contrôle moteur 7 commande également l'instant d'allumage de chaque bougie 6 par l'intermédiaire d'un module de puissance d'allumage correspondant non figuré qui contrôle le fonctionnement d'une bobine, la haute tension étant ensuite envoyée à la bougie soit directement soit par l'intermédiaire d'un distributeur non figuré. Classiquement, l'allumage d'une bougie est commandé avant que le piston arrive au Point Mort Haut explosion. Cette avance Av, qui peut évoluer de quelques degrés à plusieurs dizaines de degrés vilebrequin, est déterminée par le système de contrôle moteur suivant les conditions de fonctionnement du moteur. Le système de contrôle moteur 7 comprend classiquement un calculateur comportant une CPU, une mémoire vive (RAM), une mémoire morte (ROM), des convertisseurs analogiques -numériques (A/D), et différentes interfaces d'entrées et de sorties. Ce système de contrôle moteur reçoit des signaux d'entrée, effectue des opérations et génère des signaux de sortie à destination notamment injecteurs 5 et du module de puissance d'allumage 4. Parmi les signaux d'entrée du système de contrôle moteur 7, figurent donc l'angle d'enfoncement de la pédale d'accélérateur aPED et ceux émis- par un capteur vilebrequin non figuré pour permettre notamment de synchroniser les instants d'injection et d'allumage avec le fonctionnement du moteur. capteur vilebrequin, du type par exemple réluctance variable, qui est monté fixe sur le bâti du moteur, est associé à une couronne de mesure, solidaire du volant d'inertie et comporte un certain nombre de repères ou dents. Le capteur vilebrequin permet de délivrer un signal représentatif du défilement des dents portées par la couronne et plus particulièrement de la vitesse de défilement de ces dents, c'est-à-dire représentative de la vitesse instantanée de rotation du volant encore appelée régime instantané de rotation du moteur et désigné par le symbole N. La valeur du régime de rotation N est utilisée pour déterminer le calcul du temps d'injection et l'instant d'allumage selon des stratégies prédéterminées. Selon le procédé de correction de la puissance moteur objet de la présente invention, le paramètre de commande du moteur aPAP est corrigé en permanence en boucle ouverte par un coefficient limiteur de puissance selon la formule suivante (ii) aPAP = aPAPr + f(aPED) x ((aPAPmax x K(N)) - ocPAPr) avec K coefficient. de limitation de la puissance, obtenu par interpolation dans une table en fonction de la valeur du régime N.

Exemple de table pour les valeurs de K

Itours/ <SEP> 1 <SEP> K

mn
<tb> 1000 <SEP> 1
<tb> 1500 <SEP> 1
<tb> 2000 <SEP> 1
<tb> 2500 <SEP> 1
<tb> 3000 <SEP> 1
<tb> 3500 <SEP> 1.
<tb> 4000 <SEP> 1
<tb> 4500 <SEP> 0,95
<tb> 5000 <SEP> 0,90
<tb> 5500 <SEP> 0,85 A cette correction en boucle ouverte de l'angle d'ouverture du papillon des gaz aPAP, on peut ajouter une correction en boucle fermée fonction de la pression dans le collecteur d'admission en aval du boîtier papillon, pression mesurée par un capteur de pression approprié 4. (iii) aPAP = aPAPr + f(aPED) x ((aPAPmax x K(N) x ADAPT(P)) - aPAPr) Le terme correctif ADAPT(P), qui dans l'exemple illustré est un terme multiplicatif centré autour de 1 mais qui peut être de façon équivalente un terme additif centré autour de 0, a pour fonction de corriger en plus ou en moins l'angle d'ouverture du papillon en fonction de la pression collecteur mesurée et donc de la puissance moteur correspondante. Ce terme ADAPT(P) est de préférence introduit dans des conditions particulières de fonctionnement du moteur. De telles conditions sont par exemple les suivantes : "- - aPEP est supérieur à un seuil ; - K (N) < 1 ; - la volonté conducteur est stabilisée, ce critère est par exemple satisfait lorsque les variations de f(aPED) entre deux itérations de calcul sont inférieures à un seuil f (aPED) i+i - f (a.PED) i < seuil ; - le capteur de pression n'est pas en panne. ADAPT(P) est alors donné par la formule de récurrence suivante ADAPT (P) o = 1 ADAPT (P) i = ADAPT (P) i-1 + g (Pob j (N) - Pi) . avec Pi : pression collecteur mesurée ; Pobj(N): pression objective, obtenue par interpolation dans une table en fonction de la valeur du régime N. La pression objective est déterminée en fonction du régime moteur pour produire la puissance limite souhaitée ; ADAPT(P)i sera borné par une valeur inférieure ADAPTmn et par une valeur supérieure ADAPTmx ; g() . fonction de filtrage (par exemple filtre basse bas du premier ordre), elle a pour rôle d'éviter toute variation brusque de l'ouverture papillon. Cette correction en boucle fermée basée sur la pression collecteur permet de s'affranchir des dispersions de fabrication du boîtier papillon. Dispersions qui ont pour effet d'engendrer des dispersions de débit d'air pour une valeur d'ouverture ccPAP donnée du papillon. De sorte que d'un moteur à l'autre la puissance limite maximale engendrée par l'introduction du coefficient K(N) pouvait varier. En basant la correction directement sur la pression collecteur et donc sur le débit d'air alimentant les cylindres du moteur, on dispose d'une image précise de la puissance du moteur et par conséquent il est alors possible de limiter la puissance avec une plus grande précision. I1 est à noter par ailleurs que cette régulation en _. boucle fermée sur la pression collecteur permet de s'affranchir de la perte de puissance due à l'altitude. La diminution de la densité de l'air avec l'altitude entraîne une diminution correspondante des performances du moteur à iso point de fonctionnement (charge, régime). En prenant en compte la pression collecteur pour corriger l'angle d'ouverture, du papillon il est ainsi possible d'augmenter la puissance du moteur avec l'altitude (tout en restant inférieure à la valeur limite normative). Le maintien des performances du moteur et ce, quelles que soient les conditions et notamment l'altitude de roulage, est un avantage appréciable pour le conducteur. Ainsi, soit un moteur dont la puissance maximale est de 80 kW et que l' souhaite brider à 70 kW. Avec les méthodes classiques connues selon l'art antérieur, le moteur est bridé à 70 kW au niveau de la mer mais avec l'altitude, cette puissance maximale chute pour atteindre par exemple 65 kW à 2000 m. Avec la correction en boucle fermée basée sur la pression, la puissance du moteur se trouve être de 70 kW et ce, quelles que soient les dispersions de fabrication et quelle que soit l'altitude. Il est noter que si des dispositions réglementaires interdisent une telle correction altimétrique de la puissance du moteur, il est alors possible de supprimer dans le calcul du coefficient ADAPT l'incidence de l'altitude en ajoutant à la pression collecteur mesurée la dépression DPALT correspondant à l'augmentation de l'altitude (cette valeur est calculée par ailleurs et utilisée par le calculateur de contrôle moteur notamment pour la commande du temps d'injection), on a alors ADAPT (P) i = ADAPT (P) i-1 + g (Pobj (N) - Pi - DPALT) . L'action le paramètre de commande aPAP pour réduire la puissance du moteur présente l'avantage par rapport à une action sur un autre paramètre de commande comme le temps d'injection ou l'avance à l'allumage, de ne pas dégrader le fonctionnement du moteur et notamment sa consommation et ses émissions de polluants. De plus une telle action sur aPAP __ présente un temps de réponse très rapide. La grande simplicité du procédé développé permet son implantation même des calculateurs de capacité limitée. De plus, le faible nombre de valeurs à calibrer permet de réduire le temps de mise au point d'un véhicule au minimum. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles ' sont effectuées suivant son esprit. Ainsi, le système de limitation de la puissance par correction de l'angle d'ouverture du papillon des gaz aPAP, peut être réalisée sous diverses formes - soit avec des composants d'électronique analogique pour lesquels les différentiateurs, multiplicateurs et autres filtres sont réalisés à l'aide d'amplificateurs opérationnels ; - soit avec des composants d'électronique numérique qui réaliseraient la fonction en logique câblée ; - soit par un algorithme de traitement signal implanté sous forme d'un module logiciel composant d' système logiciel de contrôle moteur faisant fonctionner le microcontrôleur d'un calculateur électronique.

- soit encore, par une puce spécifique (custom) dont les ressources matériel et logiciel auront été optimisées pour réaliser les fonctions objet de l'invention puce microprogrammable ou non, encapsulée séparément ou bien tout ou partie d'un coprocesseur implanté dans un microcontroleur ou microprocesseur etc.

Claims

REVENDICATIONS [1] Procédé de commande d'un moteur à combustion interne (1) du type comportant un système électronique de contrôle moteur (7) déterminant suivant les conditions de fonctionnement du moteur, les valeurs des paramètres de commande du moteur, par lequel au moins un paramètre de commande est corrigé de façon à maintenir la puissance maximale du moteur inférieure à une valeur limite prédéterminée, caractérisé en ce qu'il consiste à limiter selon le point de fonctionnement du moteur, l'angle d'ouverture (aPAP) du papillon des gaz (8) contrôlant le débit des gaz comburant alimentant le moteur. [2] Procédé de commande d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que la limitation de l'angle d'ouverture (aPAP) du papillon des gaz dépend du régime (N) de rotation du moteur. [3] Procédé de commande d'un moteur combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que la limitation de l'angle d'ouverture (aPAP) du papillon des gaz dépend du régime (N) de rotation du moteur et de la pression (P) régnant dans le collecteur d'admission en aval du papillon des gaz. [4] Procédé de commande d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que, avant correction pour limiter la puissance, l'angle d'ouverture (aPAP) du papillon des gaz (8) se déduit de l'angle d'enfoncement (aPED) de la pédale d'accélération (9) par une fonction (f) de progressivité selon la formule: (i) aPAP = aPAPr + f(aPED) x (aPAPmax - aPAPr) avec aPAPr : angle d'ouverture du papillon pour réaliser la consigne de régime ralenti ; aPAPmax : angle d'ouverture maximal du papillon ; f () : fonction par laquelle on associe à chaque valeur de aPED un pourcentage d'ouverture du papillon des (8). [5] Procédé de commande d'un moteur à combustion interne selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'évolution des valeurs de ladite fonction f est de type hyperbolique. Procédé de commande d'un moteur à combustion interne selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce que l'angle ouverture (aPAP) du papillon des gaz (8) donné par la formule (ii) aPAP = (xPAPr + f(aPED) x ((aPAPmax x K(N)) aPAPr) avec K coefficient de limitation de la puissance, obtenu par interpolation dans une table en fonction de la valeur du régime (N). [7] Procédé de commande d'un moteur à combustion interne selon les revendications 3 et 6, caractérisé ce que l'angle d'ouverture (aPAP) du papillon des gaz (8) donné par la formule (iii) aPAP = aPAPr__+ f(aPED) x ((aPAPmax x K(N) x ADAPT(P)) - (IPAPr) avec ADAPT() terme correctif dépendant de la pression collecteur mesurée (P). [8] _ Procédé de commande d'un moteur à combustion interne selon la revendication 7, caractérisé en ce ledit terme ADAPT(P) est introduit dans des conditions particulières de fonctionnement du moteur - K(N) < l - la volonté conducteur est stabilisée, ce critère est par exemple satisfait lorsque les variations de f(aPED) entre deux itérations de calcul sont inférieures à un seuil f (aPED) i+1 - f,(aPED) i < seuil ; - le capteur de pression n'est pas en panne. [9] Procédé de commande d'un moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 7 à , caractérisé en ce que ledit terme ADAPT(P) est alors donné la formule de récurrence suivante ADAPT(P)o = 1 ADAPT (P) i = ADAPT (P) i-1 + g (Pobj (N) - Pi) . avec Pi : pression collecteur mesurée ; Pobj(N): pression objective, obtenue par interpolation dans une table en. fonction de la valeur du régime (N) ; g() : fonction de filtrage.