FR2994215A1

FR2994215A1 - Procede pour determiner la phase d'un arbre a cames reglable

Info

Publication number: FR2994215A1
Application number: FR1357570A
Authority: FR
Inventors: Torsten Baumann; Oliver Krannich; Andreas Lassl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2014-02-07
Anticipated expiration: 2033-07-31
Also published as: ITMI20131258A1; FR2994215B1; US20140034000A1; DE102012213539A1; US9316126B2

Abstract

Procédé pour déterminer la phase d'un arbre à cames réglable d'un moteur thermique comportant une roue phonique et un actionneur d'arbre à cames. Selon le procédé on détermine la phase de l'arbre à cames à l'aide des interruptions de flan de phase déclenchées par la roue phonique et d'un modèle dépendant d'au moins un paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames.

Description

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé pour dé- terminer la phase d'un arbre à cames réglable d'un moteur thermique comportant une roue phonique et un actionneur d'arbre à cames.

L'invention se rapporte également à un produit de pro- gramme d'ordinateur pour la mise en oeuvre de ce procédé, à une mémoire électronique pour l'enregistrement du programme et à une unité de commande électronique pour exécuter le programme. Etat de la technique Actuellement, on détermine la phase de l'arbre à cames par rapport par rapport au vilebrequin avec une roue phonique portée par l'arbre à cames. Cette roue phonique comporte des dents détectées par exemple par un capteur Hall lorsque l'arbre à cames tourne. Chaque détection d'un début de dent déclenche une interruption de flan de phase dans la commande de moteur. En général, les roues pho- niques équipant un arbre à cames ont quatre dents de longueur différente. Ces profils différents servent à synchroniser plus rapidement l'arbre à cames et le vilebrequin et permettent ainsi de lancer plus rapidement le moteur thermique. La particularité de cette roue phonique est d'avoir également quatre flans de dents équidistants permettant de dé- terminer la position angulaire réelle de l'arbre à cames. La régulation de l'arbre à cames se fait en fonction de sa position angulaire réelle. Aux faibles vitesses de rotation (faible régime) par exemple à 1000 T/min, on a toutes les 30 ms une nouvelle valeur de la position angulaire de l'arbre à cames. Si la phase de l'arbre à cames doit être réglée rapidement, par exemple pour une durée de séjour inférieure à 160 ms, on dispose ainsi de quelques points de mesure pour la position angulaire réelle de l'arbre à cames. C'est pourquoi on détermine la vitesse de l'arbre à cames entre deux interruptions de flan de phase, et on extrapole la position angulaire réelle de l'arbre à cames jusqu'à l'arrivée linéaire de l'interruption de flan de phase. Précisément dans le cas d'une variation de gradient de la phase entre l'arbre à cames et le vilebrequin ce procédé peut donner des positions angulaires fortement surévaluées ou sous-évaluées pour l'arbre à cames, ce qui a des incon- vénients pour la qualité de la régulation de l'actionneur de l'arbre à cames. Une roue phonique avec un nombre de dents plus impor- tant déclencherait plusieurs interruptions de phase par intervalles de temps prédéfini ce qui nécessiterait une capacité de calcul plus impor- tante dans la commande de moteur. La synchronisation rapide entre l'arbre à cames et le vilebrequin tel que le permet une roue phonique à quatre longueurs de dents différentes, ne pourraient pas s'obtenir avec une roue phonique ayant un plus grand nombre de dents.

Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un procédé de détermination de la phase d'un arbre à cames réglable d'un moteur thermique, du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'on détermine la phase de l'arbre à cames à l'aide des interruptions de flan de phase dé- clenchées par la roue phonique et d'un modèle dépendant au moins d'un paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames. Le procédé selon l'invention a l'avantage de déterminer la phase d'un arbre à cames par rapport à un vilebrequin à l'aide des interruptions de flan de phase déclenchées par la roue phonique et par un modèle. Ce modèle dépend de la valeur d'au moins un paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames. Dans la suite, on utilisera le terme « actionneur d'arbre à cames » à la fois pour désigner la partie mécanique d'un mécanisme de réglage qui règle l'arbre à cames ainsi que pour les composants hydrau- ligues et aussi les composants de commande par exemple sous la forme d'une commande électronique. La position angulaire réelle de l'arbre à cames ou du vile- brequin désigne dans la suite l'angle de rotation de l'arbre à cames ou du vilebrequin par rapport à une référence fixe, théorique dans l'espace et qui est perpendiculaire à l'axe de rotation de l'arbre à cames et du vilebrequin. Une telle direction préférentielle, théorique peut être par exemple de la direction verticale. La phase de l'arbre à cames celle du vilebrequin correspond à la différence entre la position angulaire réelle de l'arbre à cames et la position angulaire qu'aurait à ce même instant un arbre à cames non réglable.

La phase de l'arbre à cames par rapport au vilebrequin peut se déterminer à tout instant avec une plus grande précision même si il n'y a pas justement d'interruption de flan de phase. Cela améliore la qualité de la régulation de l'arbre à cames et permet son réglage ra- s pide sans nécessiter de roue phonique ayant un nombre élevé de dents. D'autres avantages découlent de la qualité d'une régulation à haute pression de la pompe haute pression qui nécessite une meilleure connaissance de la phase de l'arbre à cames par rapport au vilebrequin, ce qui permettra ainsi, par exemple, de couper ou brancher 10 rapidement la pompe haute pression réduisant le bruit généré par la pompe haute pression. De façon avantageuse, le paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames est une grandeur de l'actionneur d'arbre à cames telle que par exemple la température d'huile, la qualité de 15 l'huile ou la température de l'eau, la vitesse de rotation du moteur thermique et/ou une grandeur perturbatrice interne telle que celle que l'on rencontre dans l'actionneur d'arbre à cames, par exemple la tension de batterie, le plan de fonctionnement d'une pompe à huile régulée, le rapport de travail ou une valeur de commande du composant méca- 20 nique de l'actionneur d'arbre à cames. Au moins, un paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames peut également être une grandeur physique invariable dans le temps et qui influence l'actionneur de l'arbre à cames. De façon avantageuse il s'agit par exemple de la cylindrée, de la 25 caractéristique de circulation d'huile, de l'inductance ou de la résis- tance électrique d'une soupape de commande. La liste ainsi donnée n'est nullement limitative. De façon avantageuse, le procédé selon l'invention pour améliorer la détermination de la phase de l'arbre à cames par rapport à 30 celle du vilebrequin peut s'implémenter dans les systèmes existants sans nécessiter de transformation couteuse au niveau du moteur thermique. Ainsi, de manière avantageuse, les interruptions de flan de phase déclenchées par la roue phonique servent à synchroniser le modèle dépendant d'au moins un paramètre de fonctionnement de l'actionneur de l'arbre à cames. De façon particulièrement avantageuse, la phase de l'arbre à cames aux instants situés entre les instants de deux interrup- tions de flan de phase se détermine par extrapolation à l'aide du modèle dépendant d'au moins un paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames. L'invention a également pour objet un produit de pro- gramme d'ordinateur qui exécute toutes les étapes du procédé tel que défini selon l'invention. L'invention se rapporte également à une mémoire électronique sur laquelle est enregistré le programme pour la mise en oeuvre des étapes du procédé de l'invention. L'invention se rapporte également à une unité de commande électronique comportant la mémoire électro- nique. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de procédé pour déterminer la phase d'un arbre à cames réglable représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de l'arbre à cames et du vilebrequin d'un moteur thermique avec une roue phonique fixée à l'arbre à cames, - la figure 2 est un ordinogramme schématique du procédé de l'invention, - la figure 3 est un diagramme donnant la phase d'un arbre à cames réglable par rapport au vilebrequin en fonction du temps y compris l'extrapolation faite avec au moins un paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames. Description d'un mode de réalisation de l'invention La figure 1 montre schématiquement un arbre à cames réglable 4 portant une roue phonique 1 d'un moteur à combustion interne ou moteur thermique ; ce moteur n'est pas détaillé dans la figure. La roue phonique 1 est fixée coaxialement à l'arbre à cames 4 et possède quatre dents 2 de longueur différentes ; les dents sont réparties pour que quatre flans de dents 3 soient équidistants. Une roue phonique ayant une telle configuration de dents est appelée roue phonique de démarrage rapide. En variante, on peut également envisager d'autres formes de roue phonique 1 pour l'arbre à cames 4. L'actionneur d'arbre à cames n'est pas détaillé à la figure.

Lorsque l'arbre à cames 4 tourne avec la roue phonique 1, les dents 2 passent devant un capteur Hall 6 qui détecte le début et la fin des dents 2 et envoie un signal à la commande de moteur 7 qui déclenche une interruption de flan de phase par la détection du début et/ou de la fin d'une dent 2. La commande de moteur 7 comporte un support de mémoire électronique 8. A la place d'un capteur Hall on peut, en variante, utiliser un capteur fonctionnant selon un autre principe tel qu'un capteur inductif. On utilise l'interruption de flan de phase produite pour déterminer la position angulaire réelle de l'arbre à cames 4 et ainsi la phase de l'arbre à cames 4 par rapport au vilebrequin 5 i l'on connaît la position angulaire réelle du vilebrequin 5. Une roue phonique 11 est installée concentriquement au vilebrequin 5. Cette roue phonique est garnie de dents 12. Le capteur hall 13 enregistre le passage des dents 12 lorsque le vilebrequin 5 tourne. Le signal fourni par le capteur hall 13 est transmis à la com- mande de moteur 7 qui calcule à partir de là, la position angulaire réelle du vilebrequin 5. Habituellement la roue phonique 11 fixée au vilebrequin 5 a beaucoup plus de dents 12 que la roue phonique 1 associé à l'arbre à cames 4. De façon caractéristique, une roue phonique de vile- brequin a plus de 60-2 de dents 12 et en variante, on peut également avoir un autre nombre de dents 12. Pour des raisons de clarté du dessin, le nombre de dents 12 de la figure 1 n'est présenté que schématiquement. A la place d'un capteur hall, en variante, on peut également utiliser un capteur fonctionnant selon un autre principe tel qu'un cap- teur inductif. En combinaison avec le fait que le vilebrequin 5 d'un moteur à quatre temps parcourt à temps égal un angle double de celui de l'arbre à cames 4, le grand nombre de dents 12 de la roue phonique 5 du vilebrequin permet une détermination précise de l'angle réel même sans extrapolation. En variante, pour déterminer la position angulaire réelle du vilebrequin 5, on peut extrapoler ; et pour cela, envisager des extrapolations linéaires ou des extrapolations non linéaires. L'arbre à cames 4 et le vilebrequin 5 sont reliés par un moyen de transmission 10 par exemple par une courroie crantée.

A côté des signaux fournis par les deux capteurs hall 6 et 13, la commande de moteur 7 reçoit également des signaux d'au moins un autre capteur 9 qui donne des informations relatives à au moins un paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames de la commande de moteur. Ce paramètre de fonctionnement, est par exemple une grandeur d'entrée de l'actionneur d'arbre à cames tel que par exemple la température de l'huile, la température de l'eau ou la vitesse de rotation du moteur thermique. Le paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames peut également être une grandeur interne de l'actionneur tel que par exemple la tension de la batterie, le rapport de travail ou la grandeur de commande des composants méca- niques de l'actionneur. On utilise avantageusement plusieurs capteurs 9 pour tenir compte de plusieurs paramètres de fonctionnement de l'actionneur de l'arbre à cames. Pour une meilleure lisibilité, la figure 1 donne à titre d'exemple, deux capteurs 9. Si le paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames est une grandeur physique qui ne varie pas dans le temps telle que par exemple la cylindrée, la caractéristique de fluidité de l'huile, l'inductance ou la résistance électrique d'une soupape de commande on peut supprimer les capteurs 9. Les grandeurs physiques non variables dans le temps sont avantageusement enregistrées dans la mémoire électronique 8 de la commande de moteur 7. La figure 2 montre schématiquement l'ordinogramme du procédé de l'invention. Dans l'étape 100 à m'instant t 1 on détermine la phase de l'arbre à cames 4 par rapport à celle du vilebrequin 5. Dans l'étape 110 on vérifie si dans la commande de moteur 7 a reçu une interruption de flan de phase proche, déclenchée par la roue phonique 4. Si l'on a une telle interruption de flan de phase, proche, on poursuit par l'étape 120 et ainsi de suite. S'il n'y a pas d'interruption de flan de phase, proche, on poursuit par l'étape 130.

Dans l'étape 130 on détermine la position angulaire réelle de l'arbre à cames 4 et ainsi la phase de l'arbre à cames 4 par rapport à celle du vilebrequin 5 à l'instant où arrive la dernière impulsion de flan de phase t 1 enregistrée en mémoire. L'instant Ti précède l'instant tl. Dans l'étape 140, on enregistre au moins un paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames. S'il s'agit d'une grandeur physique non variable dans le temps, on extrait ce paramètre de la mémoire électronique 8 de la commande de moteur 7.

Dans l'étape 150, à l'aide du modèle dépendant d'au moins un paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames, on fait une extrapolation de la position angulaire réelle de l'arbre à cames (4) à l'instant Ti par rapport à l'instant tl. On évalue ainsi la variation de la position réelle de l'arbre à cames 4 dans l'intervalle com- pris entre T1 et t 1. Dans le cas du modèle qui dépend d'au moins un paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames, il s'agit d'une relation fonctionnelle entre le temps t et l'angle y ; la valeur d'au moins un paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames est un facteur interne d'une somme et/ou un exposant introduit dans le terme fonctionnel. Le terme « fonctionnel » est par exemple un polynome au moins du deuxième degré, une fonction trigonométrique, une fonction exponentielle, une fonction logarithmique et/ou une combinaison de telles fonctions.

De même, le modèle dépendant d'au moins un paramètre de fonctionnement de l'actionnement d'arbre à cames peut être un jeu d'une ou plusieurs équations différentielles. Au moins une grandeur de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames est par exemple une limite d'intégration ou d'une variable avec laquelle on intègre.

En variante, le modèle dépendant d'au moins un para- mètre de fonctionnement l'actionnement d'arbre à cames peut également se présenter sous la forme de courbe caractéristique et/ou de tableau. De même, on peut envisager des combinaisons de termes fonctionnels et de courbes caractéristiques ou de tableaux d'information.

Dans l'étape 160, on combine deux résultats de l'exploitation de l'étape 150 avec le résultat de la détermination de l'angle réel et ainsi la phase de l'arbre à cames 4 par rapport au vilebrequin 5 à l'instant tl à partir de l'étape 130 pour déterminer la position angulaire réelle de l'arbre à cames 4 et ainsi sa phase par rapport au vilebrequin 5 à l'instant tl. Le procédé de détermination de la position angulaire réelle du vilebrequin 5 n'est pas représenté à la figure 2. La position angulaire réelle du vilebrequin 5 est supposée connue. La position angulaire ainsi déterminée de l'arbre à cames 4 et la phase ainsi déterminée de l'arbre à cames 4 par rapport au vilebrequin 5 sont enre- gistrées par la commande de moteur et/ou traitées de manière complémentaire (cela n'est pas représenté à la figure 2). Si dans l'étape 110 on constate une interruption de flan de phase proche, alors on détermine dans l'étape 120, à l'aide de l'interruption de flan de phase proche (numéro d'ordre n) la position an- gulaire réelle de l'arbre à cames 4 et ainsi la phase de l'arbre à cames 4 par rapport à celle du vilebrequin 5. En plus de l'étape 110 on calibre le modèle dépendant d'au moins un paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames pour l'extrapolation de la position angulaire réelle de l'arbre à cames 4 en exécutant les étapes 130, 140, 150, 160. Ainsi, dans l'étape 130 on utilise la dernière interruption de flan de phase, enregistrée en mémoire, c'est-à-dire l'interruption de flan de phase de numéro d'ordre (n-1). Pour indiquer qu'à partir de l'étape 120, les étapes 130, 140, 150, 160 ne sont parcourues qu'à des fins de calibrage, les signes corres- pondants sont complétés par une apostrophe à la figure 2. La phase de l'arbre à cames 4 extrapolée, ainsi obtenue par rapport à celle du vilebrequin 5 est comparée avec la phase de l'arbre à cames 4 par rapport au vilebrequin 5, obtenue à partir de la phase déterminée a l'interruption de flan de phase d'ordre n, proche. Cette comparaison permet de calibrer le modèle dépendant d'au moins un paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames. La position angulaire réelle de l'arbre à cames 4 obtenue à partir de l'interruption de flan de phase d'ordre n, proche et la phase ainsi déterminée pour l'arbre à cames 4 par rapport au vilebrequin 5 sont enregistrées par la commande de moteur et/ou est traitées (non représenté à la figure 2). La figure 3 montre schématiquement la phase de l'arbre à cames 4 par rapport à celle du vilebrequin 5 en fonction du temps (traits continus). Aux instants TO et T1 on a les interruptions de flan de phase déclenchées par la roue phonique 1 de l'arbre à cames 4. Les phases de l'arbre à cames 4 obtenues aux instants TO et T1 par rapport à la phase du vilebrequin 5 portent les références W2 et Wl. A l'instant souhaité portant la référence t 1 à la figure 3, on démarre le procédé de l'invention. Pour cela, il faut veiller à ce que le choix de l'installation t 1 ne soit pas limité par le procédé de l'invention ; la position de l'instant T 1 sur l'axe du temps par rapport aux instants des interruptions de flan de phase TO et T1 est choisie de manière arbitraire à la figure 3.

A l'étape 110 on vérifie si à l'instant tl on a une interrup- tion de flan de phase, proche. Dans l'exemple de la figure 3 cela n'est pas le cas car l'instant tl suit l'instant T 1. On a une interruption de flan de phase, proche si l'instant t 1 est égal à l'instant T1 dans les limites d'une petite plage de tolérance de temps. La valeur exacte pour une telle tolérance de temps correspond avantageusement à la trame de calcul utilisée pour calculer le modèle et, le cas échéant, à les optimiser de manière empirique. A titre d'exemple, on peut envisager une tolérance de temps de 5 ms. A l'étape 130, on détermine l'angle réel de l'arbre à cames 4 et ainsi la phase de l'arbre à cames 4 par rapport au vilebrequin 5 à l'instant de la dernière interruption de flan de phase enregistrée dans la commande de moteur 7. A cet instant tl on associe ainsi la phase Wl. Dans l'étape 150, à l'aide du modèle dépendant au moins d'un paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames, on extrapole la position angulaire réelle de l'arbre à cames 4 et ainsi la phase de l'arbre à cames 4 par rapport à celle du vilebrequin 5 entre l'instant T1 et l'instant t 1. Le graphique de l'extrapolation est représenté par un trait interrompu à la figure 3. Dans l'étape 160 on combine la phase W1 correspondant à l'instant T 1 et l'extrapolation de la phase à l'instant Ti sur l'instant tl de l'étape 150 pour déterminer la phase de l'arbre à cames 4 par rapport à celle du vilebrequin 5 à l'instant tl. La phase de l'arbre à cames 4 par rapport à celle du vilebrequin 5 à l'instant t 1 porte la référence Wx.5 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Roue phonique 2 Dent 3 Flan de dent 4 Arbre à cames 5 Vilebrequin 6 Capteur Hall 7 Commande de moteur 8 Mémoire électronique 9 Capteurs 10 Moyen de transmission 11 Roue phonique 12 Dent 13 Capteur Hall 110-160' Etapes du procédé de l'invention TO, Ti, tl Instants de fonctionnement Wl, W2, Wx Phases de l'arbre à cames 25

Claims

REVENDICATIONS1°) Procédé pour déterminer la phase d'un arbre à cames réglable d'un moteur thermique comportant une roue phonique et un actionneur d'arbre à cames, procédé caractérisé en ce qu' on détermine la phase de l'arbre à cames à l'aide des interruptions de flan de phase déclenchées par la roue phonique et d'un modèle dépendant au moins d'un paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames.
2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les interruptions de flan de phase déclenchées par la roue phonique sont utilisées pour synchroniser le modèle.
3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la phase aux instants compris entre les instants de deux interruptions de flan de phase par extrapolation à l'aide d'un modèle dépendant d'au moins un paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames.
4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins un paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames est la température d'huile ou la température de l'eau.
5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins un paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames est la vitesse de rotation du moteur thermique.
6°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un paramètre de fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames est la tension d'une batterie.
7°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins un paramètre de fonctionnement d'actionneur d'arbre à cames est un rapport de travail.
8°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase de l'arbre à cames se détermine par rapport au vilebrequin.
9°) Programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quel- conque des revendications 1 à 8 lorsque ce programme est exécuté sur un ordinateur.20