FR2866391A1 - Procede de determination de la masse de carburant a injecter dans un moteur a combustion - Google Patents

Abstract

Ce procédé concerne un moteur à combustion interne comportant un vilebrequin entraînant un arbre à cames ainsi qu'un actionneur permettant de modifier la position angulaire de l'arbre à cames par rapport à celle du vilebrequin.Selon ce procédé, une quantité de carburant est déterminée en calculant d'une part une quantité théorique de carburant à injecter en fonction d'une valeur de consigne et d'autre part un terme correctif dépendant de divers paramètres. Le terme correctif comporte au moins une composante déterminée en fonction du gradient de la position angulaire de l'arbre à cames par rapport à une position de référence.

Description

La présente invention concerne un procédé de détermination de la masse de

carburant à injecter dans un moteur à combustion.

Dans un moteur à combustion, un mélange carburant/comburant pénètre par un conduit d'admission dans une chambre de combustion. Le carburant est injecté dans cet conduit d'admission en amont de la chambre de combustion et des soupapes gèrent l'entrée et la sortie du mélange gazeux (avec éventuellement une phase liquide) de la chambre de combustion. L'ouverture et la fermeture des soupapes est assurée par au moins un arbre à cames. Dans certains moteurs, un même arbre à cames gère les soupapes d'admission et d'échappement, dans d'autres moteurs un arbre à cames distinct est prévu pour les soupapes d'admission et un autre pour les soupapes d'échappement.

Les arbres à cames sont entraînés en rotation par le vilebrequin du moteur et ont une vitesse angulaire moitié moindre par rapport à celle du vilebrequin. Toutefois, pour une meilleure gestion de l'alimentation en mélange carburant/comburant du moteur, il est préférable de pouvoir avancer ou retarder l'ouverture des soupapes d'admission ou d'échappement par rapport à un réglage de base. Il est ainsi connu de placer un actionneur en bout d'arbre à cames, cet actionneur permettant de changer la position angulaire de cet arbre à cames par rapport à une position de base. Un système intégrant un tel actionneur est connu sous le nom de système VVT (pour Variable Valve Timing ou distribution à programme variable).

De manière analogue au système dit VVT, il est préférable de pouvoir augmenter ou diminuer la course d'ouverture des soupapes d'admission ou d'échappement par rapport à un réglage de base. Un tel dispositif est connu sous le nom de systèmes VLC (pour Valve Lift Control ou dispositif de contrôle de levée des soupapes variable) et fonctionne également sur le même principe que le système VVT.

Il a été constaté, dans un système VVT, que lors de la variation de la position angulaire de l'arbre à cames un pic de richesse ou de pauvreté (selon le sens de la variation et les soupapes - admission ou échappement - concernées) apparaissait. Un phénomène similaire provoquant un pic de richesse ou de pauvreté est déjà connu dans les moteurs. En effet, lorsque la masse de carburant injecté augmente, on a constaté qu'un dépôt de carburant sous phase liquide se produisait sur les parois de la conduite d'admission juste en amont de la soupape d'admission. Ce phénomène de mouillage de parois est connu sous le terme anglais de "wall film". Le carburant qui se dépose ainsi sur la paroi se vaporise ensuite petit à petit et rentre dans la chambre de combustion. Au moment où la variation de consigne concernant la masse de carburant injectée varie, on observe alors une baisse de la richesse du mélange carburant/comburant puisqu'une partie du carburant se condense et ne participe donc pas au mélange.

Pour compenser le mouillage des parois, il est alors connu, lors d'une variation de consigne dans le sens d'une augmentation de la masse de carburant à injecter, d'injecter une masse de carburant supérieure à la valeur de consigne. Par la suite, la masse de carburant injectée diminue pour prendre en considération la vaporisation du carburant déposé sous forme liquide sur la paroi du conduit d'admission.

Les essais ayant pour but de compenser les pics de richesse ou de pauvreté lors d'une variation de la position angulaire de l'arbre à cames par le biais de la stratégie classique mise en oeuvre pour éviter de tels pics lorsque apparaît le phénomène de mouillage de parois n'ont pas été concluants. En effet, la solution consistant à compenser un pic de richesse apparaissant lors d'une variation de la position angulaire de l'arbre à cames, en appliquant un mouillage de parois classique plus important avant le basculement de l'arbre à cames, lors d'une variation importante de la masse de carburant, n'a donné aucun résultat probant. Cette stratégie conduisait à observer un pic de richesse beaucoup plus long.

La présente invention a alors pour but de fournir une stratégie permettant de limiter les variations de richesse lors d'une modification de la position angulaire d'un arbre à cames.

A cet effet, elle propose un procédé de détermination de la quantité de carburant à injecter dans un moteur à combustion interne comportant un vilebrequin entraînant un arbre à cames ainsi qu'un actionneur permettant de modifier la position angulaire de l'arbre à cames par rapport à celle du vilebrequin, dans lequel une quantité de carburant est déterminée en calculant d'une part une quantité théorique de carburant à injecter en fonction d'une valeur de consigne et d'autre part un terme correctif dépendant de divers paramètres.

Selon l'invention, le terme correctif comporte au moins une composante déterminée en fonction du gradient de la position angulaire de l'arbre à cames par rapport à une position de référence.

On a constaté qu'ainsi il était possible de compenser les pics de richesse en considérant non pas la variation de la position angulaire de l'arbre à cames par rapport à une position de référence mais le gradient de cette variation. La variation de la position angulaire dont il est question ici est en fait la course de l'actionneur qui permet d'introduire un décalage entre une position de référence de l'arbre à cames correspondant à un calage par rapport au vilebrequin et la position réelle. Plus ce gradient est important, plus le terme correctif sera lui aussi important.

Dans une forme de réalisation préférée, le terme correctif dépendant du gradient de la position angulaire de l'arbre à cames par rapport à une position de référence comporte une première composante dite composante d'amortissement dépendant d'une valeur de terme correctif calculée précédemment et une seconde composante dite composante dérivée dépendant du gradient de la position angulaire de l'arbre à cames. On définit ainsi un filtre passe haut. Lors d'une excitation (variation de la position de l'actionneur du système VVT), le terme correctif calculé augmente rapidement puis diminue progressivement.

Dans le cas où le moteur auquel le procédé est appliqué comporte un arbre à cames gérant l'admission de mélange carburant/comburant dans le moteur et un arbre à cames gérant l'échappement des gaz brûlés du moteur, alors le terme correctif comporte par exemple une première composante dépendant du gradient négatif de la position angulaire de l'arbre à cames gérant l'admission et une seconde composante dépendant du gradient positif de la position angulaire de l'arbre à cames gérant l'échappement.

Pour tenir compte de phénomènes particuliers apparaissant lorsque le moteur est froid, un terme correctif particulier est avantageusement prévu lors de l'apparition du premier gradient de la position de l'arbre à cames par rapport à une position de référence après un démarrage du moteur.

La présente invention concerne également un dispositif de gestion et de commande d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il intègre des moyens de mise en oeuvre d'un procédé tel que décrit ci- dessus. Un tel dispositif envoie ainsi un signal de commande à un système d'injection de carburant en fonction de paramètres prédéfinis "classiques" tels la charge du moteur, son régime, etc... mais aussi en fonction d'informations qu'il obtient d'un capteur surveillant la position relative d'un arbre à cames par rapport à une position de référence (ou par rapport au vilebrequin).

Enfin, cette invention concerne également un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de gestion et de commande tel que décrit précédemment.

Des détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel: L'unique figure représente en fonction du temps et en parallèle des variations de richesse, de la position angulaire d'un arbre à cames, du gradient de cette variation angulaire et du terme correctif déterminé par un procédé selon l'invention.

La description qui suit est faite en référence à un moteur à combustion interne dans lequel au moins un piston se meut dans un cylindre. Ce cylindre est alimenté en un mélange carburant/comburant par un conduit d'admission. Ce mélange est brûlé et évacué par un conduit d'échappement. L'entrée et la sortie du cylindre et des gaz sont réalisées à l'aide de soupapes. Ces soupapes sont commandées par un arbre à came.

Ce dernier est entraîné par le vilebrequin du moteur et est équipé d'un système permettant de faire varier la position angulaire de l'arbre à cames par rapport au vilebrequin. On prévoit un réglage indépendant de cette position angulaire pour les soupapes d'échappement et d'admission. Le fonctionnement d'un tel moteur est parfaitement connu de l'homme du métier et n'est donc pas détaillé ici.

Sur la figure 1, on a représenté en abscisse l'axe des temps t. La courbe 2 représente la richesse du mélange carburant/comburant injecté dans le moteur. Cette richesse vaut sensiblement 1 lorsqu'il y a juste assez de comburant pour assurer une combustion parfaite du carburant. Dans un moteur classique, on a généralement une richesse valant 1 pour les proportions suivantes: 1 g d'essence pour environ 14 g d'air.

La courbe 4 représente quant à elle une variation de la position angulaire de l'arbre à cames agissant sur les soupapes d'admission. Il passe de sa position de base (0 ) à une position décalée de 40 . Dans la suite de la description, lorsqu'il est question de la position angulaire d'un arbre à cames, il ne s'agit pas de sa position angulaire absolue (l'arbre à cames étant toujours en rotation lorsque le moteur est en marche) mais de sa position relative par rapport à une position de référence calée par rapport au vilebrequin. Il s'agit en fait de la course de l'actionneur agissant sur l'arbre à cames pour modifier sa position relative par rapport au vilebrequin.

La courbe 6 en pointillés représente dans le temps le gradient de la variation angulaire représentée par la courbe 4. Enfin, la courbe 8 représente le terme correctif, ou la masse additionnelle de carburant, qui est calculé dans la suite de la description.

Comme on peut le remarquer dans l'exemple illustré sur l'unique figure, lorsque l'arbre à cames passe de la position 0 à la position -40 , il apparaît un pic de richesse au niveau de la courbe 2. Pour éviter ce pic de richesse, et obtenir la courbe en pointillés 10, la présente invention propose d'agir sur la quantité de carburant injectée. Cette quantité de carburant est déterminée en fonction de paramètres tels par exemple la charge du moteur et son régime. En fonction de ces paramètres, une quantité Mo est déterminée. Dans des conditions particulières, une quantité (positive ou négative) est rajoutée à la masse de consigne Mo. On a alors l'équation suivante: Mf = Mo + MADD où Mf est la quantité de carburant injectée et MADD la quantité de carburant (positive ou négative) ajoutée à la masse de consigne Mo.

La présente invention propose de faire varier MADD avec le gradient de la position angulaire de l'arbre à cames représenté par la courbe 6. Pour tenir compte des variations de la position angulaire de l'arbre à cames commandant les soupapes d'admission et les variations angulaires de l'arbre à cames commandant les soupapes d'échappement, on considère: 2866391 5 MADD = MADD IN + MADD EX OU MADD IN correspond à la valeur de la variation au niveau de l'admission et MADD EX correspond à la variation au niveau de l'échappement.

Soit alors MADD IN(n) la valeur de MADD IN calculée lors de la Hème injection. Dans 5 une forme préférentielle/de l'invention, cette valeur est donnée par l'équation suivante: MADD IN(n) _ (1 - aIN) * MADD IN(n 1) + PIN * MIN (A0) où aIN et PIN sont des valeurs dépendant de a0, la variation angulaire de la position de l'arbre à cames correspondant. MIN (A0) est une masse de carburant, dépendant de M, ainsi que d'autres paramètres tels par exemple le régime moteur, la charge du moteur, etc.... La valeur de MIN (D0) peut être obtenue par exemple par cartographie. La fonction MIN (40) est une fonction du gradient négatif de la position angulaire de l'arbre à cames d'admission. Sa valeur est alors nulle en cas de gradient positif de la position angulaire de l'arbre à cames correspondant aux soupapes d'échappement.

A titre d'exemple, on peut donner une fonction admissible pour CLIN et PIN. On propose ici à titre non limitatif: aIN=[1 +(1 -z0)*ti] PIN = (ti + 1) * aIN Pour les variations au niveau de la soupape d'échappement on aura par 20 analogie: MADDEX(n) = (1 - aEX) * MADDEX(n - 1) + PEX * MEX (40) On retrouve ainsi pour l'échappement une fonction identique à celle pour l'admission. La fonction MEX (M0) est une fonction du gradient positif de la position angulaire de l'arbre à cames d'échappement. Sa valeur est alors nulle en cas de gradient négatif de la position angulaire de l'arbre à cames correspondant aux soupapes d'échappement. Cette fonction peut également être obtenue par cartographie. aEX et PEX peuvent être par exemple calculés comme aIN et PIN.

On remarque que les deux termes MADD IN et MADD EX sont la somme d'un terme d'amortissement et d'un terme dérivé. La courbe 8 représente la somme de ces deux termes. Dans le cas présent représenté sur la figure 1 le terme correctif apporté au calcul de la masse de carburant est un terme négatif.

Il est connu que lors du démarrage d'un moteur, des phénomènes spécifiques apparaissent. Pour tenir compte de ceux-ci, lors de la première variation de la position angulaire de l'arbre à cames, on prévoit avantageusement un terme correctif particulier. A titre d'exemple, on peut par exemple choisir un terme correctif tel que calculé plus haut mais en le multipliant par un coefficient correcteur, compris par exemple entre 1 et 2.

En corrigeant de la manière indiquée ci-dessus la masse de consigne Mo de carburant à injecter, on arrive à maintenir la richesse du mélange carburant/comburant proche de 1 lorsque la position angulaire d'un arbre à cames varie. Plusieurs phénomènes sont susceptibles d'apparaître lors d'une telle variation. On peut supposer qu'un phénomène de mouillage de parois apparaît, notamment lors d'une variation du calage de l'arbre à cames correspondant aux soupapes d'admission. Un autre phénomène pouvant expliquer les variations de richesse lors de la variation du calage de l'arbre à cames est acoustique. Lors d'une telle variation, des phénomènes acoustiques transitoires peuvent apparaître à cause de la modification de la fréquence de résonance du moteur à l'admission (effet connu sous le nom d'effet Kadenacy) et/ou à cause de la modification de l'onde de résonance réfléchie dans le collecteur d'échappement. De tels phénomènes peuvent ainsi expliquer les modifications affectant le remplissage des cylindres. Ces modifications n'étant pas prises en compte dans l'état de l'art antérieur des variations de la richesse du mélange carburant/comburant apparaissent.

Le procédé proposé par la présente invention peut être mis en oeuvre sans surcoût important. Il convient d'effectuer les calibrations nécessaires pour déterminer les divers paramètres propres à chaque moteur mais il est inutile de prévoir sur chaque véhicule des moyens supplémentaires. En effet, les moteurs équipés d'un système VVT comportent généralement un capteur permettant de contrôler la position du (ou des) arbre(s) à cames. Un tel capteur peut alors fournir la position angulaire (courbe 4) de l'arbre à cames correspondant et la variation de cette position angulaire (courbe 6) peut alors être déterminée par le calculateur embarqué dans le véhicule et assurant la gestion de son moteur.

La présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation préférentielle 25 décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif. Elle concerne également toutes les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier.

Ainsi par exemple d'autres formulations du terme correctif peuvent être choisies. L'important est ici que ce terme correctif est une fonction du gradient de la position angulaire de l'arbre à cames par rapport à une position de référence.

La présente invention a été décrite dans le cas d'un moteur équipé d'un système VVT. Une implantation dans un moteur comportant un système VLC ou bien encore une combinaison d'un système VVT et d'un système VLC constituerait des variantes de la même invention.

Dans la description ci-dessus, on a considéré un moteur comportant au moins deux arbres à cames. La présente invention peut s'appliquer à tout moteur comportant un système permettant de faire varier la position angulaire d'un arbre à cames par rapport à une position de référence.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Procédé de détermination de la quantité de carburant à injecter dans un moteur à combustion interne comportant un vilebrequin entraînant un arbre à cames ainsi qu'un actionneur permettant de modifier la position angulaire de l'arbre à cames par rapport à celle du vilebrequin, dans lequel une quantité de carburant est déterminée en calculant d'une part une quantité théorique de carburant à injecter en fonction d'une valeur de consigne et d'autre part un terme correctif dépendant de divers paramètres, caractérisé en ce que le terme correctif comporte au moins une composante déterminée en fonction du gradient de la position angulaire de l'arbre à cames par rapport à une position de référence.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le terme correctif dépendant du gradient de la position angulaire de l'arbre à cames par rapport à une position de référence comporte une première composante dite composante d'amortissement dépendant d'une valeur de terme correctif calculée précédemment et une seconde composante dite composante dérivée dépendant du gradient de la position angulaire de l'arbre à cames.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moteur comporte un arbre à cames gérant l'admission de mélange carburant/comburant dans le moteur et un arbre à cames gérant l'échappement des gaz brûlés du moteur, et en ce que le terme correctif comporte une première composante dépendant du gradient négatif de la position angulaire de l'arbre à cames gérant l'admission et une seconde composante dépendant du gradient positif de la position angulaire de l'arbre à cames gérant l'échappement.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un terme correctif particulier est prévu lors de l'apparition du premier gradient de la position de l'arbre à cames par rapport à une position de référence après un démarrage du moteur.

5. Dispositif de gestion et de commande d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il intègre des moyens de mise en ceuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 4.

6. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de 30 gestion et de commande selon la revendication 5.