FR3033360A1 - Procede de commande de dephaseurs sur une phase transitoire de charge en air d'un moteur thermique - Google Patents

Procede de commande de dephaseurs sur une phase transitoire de charge en air d'un moteur thermique Download PDF

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Abstract

L'invention porte principalement sur un procédé de commande de déphaseurs d'admission et d'échappement sur une phase transitoire de charge en air d'un moteur thermique, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de détermination de consignes de position brutes des déphaseurs d'admission et d'échappement (Admbrute, Echbrute), - une étape de détermination de consignes de position limitées des déphaseurs d'admission et d'échappement (?dmlim Echlim), - une étape de détermination d'une consigne de décroisement (Decbrute), - une étape de détermination d'un écart de décroisement maximum (?décroisementmaxi), - un étape de détermination de l'apport d'un des deux déphaseurs (ApportVVTadm) dans la consigne de décroisement, - un étape de détermination d'une marge de manœuvre de chacun des déphaseurs d'admission et d'échappement (MargeVVT Adm MargeVVT Ech) pour atteindre la consigne de décroisement, - une étape de détermination de nouvelles consignes de position des déphaseurs d'admission et d'échappement (Admcible,Echcible) en fonction de la marge de manœuvre précédemment déterminée, et - une étape de commande des déphaseurs d'admission et d'échappement à partir des nouvelles consignes de position.

Description

1 PROCEDE DE COMMANDE DE DEPHASEURS SUR UNE PHASE TRANSITOIRE DE CHARGE EN AIR D'UN MOTEUR THERMIQUE [0001] La présente invention porte sur un procédé de commande de déphaseurs sur une phase transitoire de charge en air d'un moteur thermique. [0002] De façon connue en soi, le pilotage des déphaseurs est déterminé via l'application de consignes de positions définies en fonction des différents modes de combustion puis adaptées en fonction de plusieurs paramètres. [0003] Plus précisément, des consignes brutes de position sont établies à partir des conditions de fonctionnement du moteur (charge en air et régime moteur) et ce, quelle que soit la phase de vie du moteur considérée (point stabilisé ou phénomène transitoire). [0004] Ces consignes brutes, avant d'être envoyées vers la boucle locale de contrôle des actionneurs de déphaseurs, sont traitées de manière à respecter le comportement physique de l'actionneur et à limiter le balayage en air frais à l'échappement. [0005] Lors des phases de levers de pied (transitoire de charge en air), les consignes de position des déphaseurs appliquées ne prennent pas en compte les phénomènes liés au taux de recirculation interne des gaz d'échappement (connu sous l'acronyme anglais "IGR" pour "Internai Gaz Recirculation"). En effet, lors d'un transitoire de charge en air décroissant, la pression d'admission chute très vite; tandis que les déphaseurs d'admission ou d'échappement atteignent leur nouvelle consigne de position au bout d'un certain délai lié à la fois aux conditions environnementales mais également à la technologie même de l'actionneur (phénomène dû au comportement physique de l'actionneur du déphaseur). Les déphaseurs seront donc encore croisés alors que la pression d'admission sera déjà faible, la dynamique du papillon étant largement supérieure à celle des actionneurs des déphaseurs. [0006] Durant cette phase transitoire, le taux de gaz de recirculation va très fortement augmenter et peut avoir des impacts néfastes sur la stabilité de la combustion, en particulier sur la réduction d'air frais à l'admission due à la quantité des gaz brûlés enfermés dans le cylindre. [0007] L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un 30 procédé de commande de déphaseurs d'admission et d'échappement sur une phase 3033360 2 transitoire de charge en air d'un moteur thermique, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de détermination de consignes de position brutes des déphaseurs d'admission et d'échappement, 5 - une étape de détermination de consignes de position limitées des déphaseurs d'admission et d'échappement, - une étape de détermination d'une consigne de décroisement, - une étape de détermination d'un écart de décroisement maximum, - un étape de détermination de l'apport d'un des deux déphaseurs 10 dans la consigne de décroisement, - un étape de détermination d'une marge de manoeuvre de chacun des déphaseurs d'admission et d'échappement pour atteindre la consigne de décroisement, - une étape de détermination de nouvelles consignes de position des déphaseurs d'admission et d'échappement en fonction de la marge 15 de manoeuvre précédemment déterminée, et - une étape de commande des déphaseurs d'admission et d'échappement à partir des nouvelles consignes de position. [0008] Ainsi, en modifiant la consigne de position des déphaseurs, l'invention permet de rejoindre la consigne de décroisement demandé beaucoup plus rapidement et de ce fait, 20 de limiter l'amplitude et/ou la durée du pic d'IGR lors de la phase transitoire. [0009] Selon une mise en oeuvre, l'écart de décroisement maximum est calculé à partir de la différence entre la somme des consignes de position brutes des déphaseurs d'admission et d'échappement et la somme des consignes de position limitées des déphaseurs d'admission et d'échappement. 25 [0010] Selon une mise en oeuvre, l'apport d'un des déphaseurs est calculé à partir du rapport de la différence entre la consigne de position limitée et la consigne de position brute d'un des déphaseurs sur l'écart de décroisement maximum. [0011] Selon une mise en oeuvre, la marge de manoeuvre du déphaseur d'échappement est égale à l'apport du déphaseur d'admission, tandis que la marge de manoeuvre du déphaseur d'admission est égale à un moins l'apport du déphaseur d'échappement. [0012] Selon une mise en oeuvre, les nouvelles consignes de position des déphaseurs d'admission et d'échappement sont définies en fonction des consignes brutes de position 3033360 3 des déphaseurs, de la marge de manoeuvre de chacun des déphaseurs de l'écart de décroisement maximum, et d'un gain variable. [0013] Selon une mise en oeuvre, le gain variable est cartographié en fonction d'une consigne de charge en air et d'un régime du moteur thermique. 5 [0014] Selon une mise en oeuvre, le gain variable est choisi de manière à limiter les nouvelles consignes de position des déphaseurs d'admission et d'échappement sur certains points correspondants à des passages d'un fonctionnement de type Miller vers un fonctionnement de type Atkinson. [0015] Selon une mise en oeuvre, les consignes de position limitées sont limitées en 10 fonction d'une pente de vitesse maximum, d'une saturation à des valeurs minimales et maximales d'actionneurs correspondante, et d'une prise en compte d'une éventuelle limitation du balayage en air frais à l'admission. [0016] Selon une mise en oeuvre, ledit procédé comporte en outre une étape préalable de passage des consignes de position des déphaseurs d'admission et d'échappement 15 d'un repère motoriste dans un repère relatif actionneur. [0017] L'invention a également pour objet un calculateur moteur comportant une mémoire stockant des instructions pour la mise en oeuvre du procédé de commande tel que précédemment défini. [0018] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à 20 l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0019] La figure 1 représente une vue en coupe schématique partielle d'un moteur à combustion interne apte à mettre en oeuvre le procédé selon la présente invention; [0020] La figure 2 est un diagramme montrant l'évolution en fonction du temps des 25 consignes de commande des déphaseurs d'admission et d'échappement, ainsi que de la charge en air courante et du taux de recirculation des gaz d'échappement lors de la mise en oeuvre d'un procédé de commande connu; [0021] La figure 3 montre les correspondances entre les consignes de position des déphaseurs d'admission et d'échappement respectivement 30 dans un repère absolu et dans un repère relatif; 3033360 4 [0022] La figure 4 est un diagramme montrant l'évolution en fonction du temps des consignes de commande des déphaseurs d'admission et d'échappement ainsi que des différents paramètres intervenant lors de la mise en oeuvre du procédé de commande selon la présente invention. 5 [0023] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. [0024] La figure 1 montre une vue en coupe schématique partielle d'un moteur 1 à combustion interne à essence comportant une pluralité de cylindres 2 par exemple au nombre de trois ou quatre. 10 [0025] Chaque cylindre 2 comporte un piston 3, une chambre de combustion 5, un injecteur 6 de carburant, une bougie d'allumage 8 associée à un système 9 de réglage d'angle d'avance à l'allumage, au moins une soupape d'admission 11, au moins une soupape d'échappement 12. La chambre de combustion 5 est ainsi définie dans le cylindre 2 entre la face inférieure d'une culasse 13 et la face supérieure du piston 3. 15 [0026] La bougie d'allumage 8 est dotée d'électrodes qui produisent une étincelle dans la chambre de combustion 5 lorsque le piston 3 est au voisinage de son point mort haut. Les soupapes d'admission 11 et d'échappement 12 sont montées mobiles dans la culasse 13 et sont disposées de part et d'autre d'un plan axial médian P du cylindre 2 de manière à définir un côté admission et un côté échappement. 20 [0027] Les soupapes d'admission 11 sont déplacées par un premier arbre à cames 171 de manière à mettre la chambre de combustion 5, à un instant choisi précédant la compression, en communication avec un conduit d'admission 18. Une vanne 20, sous forme d'un papillon, assure la gestion du débit d'air introduit dans le cylindre 2. [0028] De façon analogue, les soupapes d'échappement 12 sont déplacées par un 25 deuxième arbre à cames 172 de manière à mettre la chambre de combustion 5 à un instant choisi postérieur à la combustion, en communication avec un conduit d'échappement 23. Alternativement, les soupapes d'admission 11 et d'échappement 12 pourraient être déplacées par un arbre à cames unique. [0029] La position relative de chaque arbre à cames 171, 172 par rapport au vilebrequin 30 du moteur 1 (non représenté) peut être modifiée respectivement au moyen d'un premier déphaseur 211 dit d'admission et d'un deuxième déphaseur 212 dit d'échappement.
3033360 5 Chaque déphaseur 211, 212 pourra être commandé hydrauliquement ou électriquement. Les déphaseurs 211, 212 permettent, suivant les conditions de fonctionnement, d'avancer ou de retarder l'ouverture et/ou la fermeture des soupapes d'admission 11 et d'échappement 12 par rapport à un mode de fonctionnement de référence. 5 [0030] Un calculateur moteur 33 assure la commande des différents éléments de l'architecture du moteur 1 en fonction notamment de données issues de différents capteurs (non représentés) implantés dans le système. Ce calculateur 33 comporte à cet effet une mémoire 331 stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de commande des déphaseurs d'admission et d'échappement décrit ci-après. 10 [0031] Comme on peut le voir sur la figure 2, lors d'un relâchement de la pédale d'accélérateur, ce qui correspond à un transitoire de charge en air décroissant, les consignes de position des déphaseurs 211, 212 définies en fonction du mode de combustion considéré et du point de fonctionnement (charge en air, régime moteur) sont saturées et limitées en termes de gradient avant d'être envoyées au contrôle boucle locale 15 des déphaseurs pour respecter la physique des composants des déphaseurs 211, 212 ainsi que pour garantir le bon fonctionnement de la boucle d'air. [0032] Sur la figure 2, les références Adm brute (respectivement Echbrute) correspondent respectivement aux consignes de position des déphaseurs d'admission 211 (respectivement d'échappement 212) brutes, c'est-à-dire non-limitée. Par ailleurs, les 20 références Admin (respectivement Ech,,,)) correspondent respectivement aux consignes de position des déphaseurs d'admission 211 (respectivement d'échappement 212) limitée en termes de pente de vitesse maximum, de saturation aux valeurs minimales et maximales des actionneurs considérés et de prise en compte d'une éventuelle limitation du balayage. 25 [0033] Le pic de gaz de recirculation, ainsi généré par le retard du positionnement des déphaseurs vis-à-vis de leurs consignes (et par voie de conséquence, vis-à-vis de la consigne de décroisement brute Decbrute), peut nuire à la demande de remplissage en air frais et à la stabilité de la combustion. [0034] Afin de limiter au mieux les variations du taux de gaz de recirculation et leurs 30 impacts sur la combustion, il est donc nécessaire de respecter la consigne de décroisement Decbrute, Dec', des déphaseurs 211, 212 sur les phases transitoires. 3033360 6 [0035] La solution envisagée a donc pour but de venir agir directement sur les consignes de position des deux déphaseurs 211, 212 et plus précisément sur la consigne de position du déphaseur qui participe le moins à la consigne de décroisement demandée, à savoir celui intervenant le moins dans la réalisation du décroisement. 5 [0036] En agissant ainsi sur le déphaseur 211, 212 (si celui-ci n'est pas sur sa butée décroisée) et en modifiant sa consigne de position (en demandant une consigne de décroisement plus importante que celle initiale), il sera alors possible de rejoindre la consigne de décroisement demandé beaucoup plus rapidement et de ce fait, de limiter l'amplitude et/ou la durée du pic de taux de gaz de recirculation 10 internes (pic d'IGR) lors de la phase transitoire. [0037] On décrit ci-après plus en détails, en référence avec les figures 3 et 4, les différentes étapes du procédé selon la présente invention. [0038] Dans le but de simplifier les calculs liés aux angles de consignes des déphaseurs 211, 212 exprimés dans le repère motoristes, les consignes de position des déphaseurs 15 211, 212 en angle motoriste sont converties en consignes de position des déphaseurs 211, 212 en angle relatif (le 0° vilebrequin dans b repère relatif correspondant à la butée basse de l'actionneur du déphaseur considéré). [0039] Les équations alors mises en oeuvre sont les suivantes (cf figure 3): Consigne_VVT_Admissionrepère relatif = Valeur_butée_basse_Adm-Consigne_VVT_Admissionrepèreabsch 20 Consigne_WT_Echappement .repère relatif = Consigne_VVT_Echappement .repère absolu - Valeur_butée_basse_Ech [0040] Une fois les consignes de position des déphaseurs 211, 212 passées en angle relatif, il est possible de déterminer le croisement maximum de consigne (défini comme 25 étant la différence entre le croisement des consignes de position des déphaseurs 211, 212 limitées et le croisement brut demandé par la régulation): [0041] II vient : Croisement -brut = (Admbrute Echbrute) Et Croisementiim = + Echum) 3033360 7 [0042] Par la suite, il est possible de définir un delta de décroisement Adécroisementmaxià combler entre les deux consignes de croisement des déphaseurs 211, 212 exprimé comme suit : 5 Adécroisementmaxi = max[(Admiim + Echum) - (Admbrute + Echbrute), [0043] Comme le périmètre d'action de la stratégie s'applique aux consignes de décroisement en lever de pied sur des transitoires de charge en air décroissant, seule la partie décroissante du delta de croisement est retenue. [0044] Parallèlement à ce calcul, il est important de déterminer l'apport d'un des 10 déphaseurs 211, 212 (choisi arbitrairement) dans la réalisation de la consigne de décroisement. Pour la suite du calcul, on choisit le déphaseur d'admission 211 comme base de départ (mais il possible d'effectuer la même démarche en partant du déphaseur d'échappement 212). [0045] Cet apport Apport vv7, adm est défini de la manière suivante, pour le déphaseur 15 d'admission : Admiim - Admbrute ApportVVT adm = Adecroisementmaxi Admiim - Admbrute MaX[(Adrniim EChiim) (Admbrute + EChbrute), 0] [0046] A partir de l'apport du déphaseur d'admission ApportVVT adm5 il est possible de déterminer la marge de manoeuvre restante pour le déphaseur d'admission MargeVVTAdm et le déphaseur d'échappement MargeVVT Ech dans le cadre du décroisement à réaliser. 20 [0047] Ces marges de manoeuvre, pour les deux déphaseurs, sont définies comme suit : MargeVVT Adm = 1 - ApportVVT adm MargeVVT Ech = ApportVVT adm [0048] Suite à ces différents calculs, il est possible de déterminer les nouvelles 25 consignes de position des déphaseurs Admcibie,Echcibie pour agir sur le pic de taux d'IGR sur les transitoires de charge en air lors des levers de pied. 3033360 8 [0049] Les nouvelles consignes de position des déphaseurs Admcibie,Eehcibie sont donc élaborées en fonction des consignes brutes de position des déphaseurs Admbrute, Echbrute, de la marge de manoeuvre de chacun des déphaseurs MargeVVT Adm,MargeVVT Ech de l'écart de décroisement maximum Adécroisementmaxi, et d'un gain variable Gainvariable - 5 Ce gain variable Gainvariable est de préférence cartographié en fonction de la consigne de charge en air et du régime. [0050] Le gain variable Gainvariable est choisi de manière à limiter les nouvelles consignes de position Admcibie,Eehcibie des déphaseurs d'admission et d'échappement 211, 212 sur certains points correspondants à des passages d'un fonctionnement de type 10 Miller (où les déphaseurs sont très croisés) vers un fonctionnement de type Atkinson (où le déphaseur d'admission est décroisé avec un déphaseur d'échappement très croisé, qui a très peu bougé lors du transitoire de charge en air). [0051] Le calcul permettant de déterminer la nouvelle consigne de position Admcible du déphaseur d'admission 211 est le suivant: Admcible = Admbrute - Marge -VVT Adm X Adécroisementmaxi x Gainvariable ce qui est équivalent à : Admcible = Admbrute - (1 - ApportVVT adm) X Adécroisementmaxi x Gainvariable Admiim - Admbrute - (1 -- -brute) x Adécroisementmaxi Croisementmaxi Gainvariable Admcible = Admbrute - [Adécroisementmaxi - (Admiim Admbrute)] X Gainvariable Admcible = Admbrute - [GLICIMiimli. - (Admbrute + EChBrute) - + Echm (Admbrute Brute (Admiim Admbrute)] X Gainvariable soit Admcible = Admbrute Gainvariable X (EChbrute EChum) [0052] Le calcul permettant de déterminer la nouvelle consigne de position Echcible du déphaseur d'admission 212 est le suivant: Echcible = Echbrute Marge -VVT Ech X Adécroisementmaxi x Gainvariable ce qui est équivalent à : x Adécroisementmaxi X Gainvariable Echcible = Echbrute APPortvvT ad/1'i 15 20 25 Admcible = Admbrute 3033360 9 AdMiim - Admbrute Echcible = EChbrute ( M ) x Adécroisementmaxi x Gainvartable Croisementmaxi Echcible = EChbrute - (AdMiim - Admbrute) X Gainvariable soit Echcible = EChbrute Gainvariable X (Admbrute ACnlim) [0053] Pour respecter le comportement physique de l'actionneur, et notamment la 5 vitesse maximale atteignable sur le point de fonctionnement considéré, les nouvelles consignes Admcibie,Echcibie ainsi élaborées sont aussi saturées et limitées en termes de gradient avant d'être envoyées au contrôle boucle locale des déphaseurs 211, 212. [0054] Ce procédé est applicable pour tout type d'actionneurs de déphaseur, c'est à dires des déphaseurs hydrauliques, électriques, avec récupération d'énergie à l'arbre à 10 cames, ou déphaseur avec système de position de blocage intermédiaire. [0055] Alternativement, les consignes de position des déphaseurs 211, 212 utilisées pour les différents calculs sont exprimées dans le repère motoriste. [0056] Le procédé selon la présente invention est également applicable pour les moteurs à distribution par chaîne, par courroie ou pour tout autre type de distribution. Le procédé 15 selon la présente invention est également applicable pour les moteurs à distribution de type levée variable. [0057] Une variante de réalisation serait d'utiliser le déphaseur d'échappement comme base de calcul. [0058] Une autre variante serait de déterminer l'écart de décroisement maximum 20 Adécroisementmaxi, d'une autre manière, comme par exemple en utilisant directement une cartographie de consigne de croisement (calibration unique pour tous les modes de combustion existants ou une cartographie spécifique par mode de combustion existant dans le contrôle commande) en lieu et place du calcul des différentes consignes de croisement. 25

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS: 1. Procédé de commande de déphaseurs d'admission et d'échappement (211, 212) sur une phase transitoire de charge en air d'un moteur thermique, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de détermination de consignes de position brutes des déphaseurs d'admission et d'échappement (Admbrute, EChbrute), - une étape de détermination de consignes de position limitées des déphaseurs d'admission et d'échappement (Admiim, Echfim), - une étape de détermination d'une consigne de décroisement (Decbrute), une étape de détermination d'un écart de décroisement maximum (Adécroisementmaxi), - un étape de détermination de l'apport d'un des deux déphaseurs (ApportVVT adm) dans la consigne de décroisement, - un étape de détermination d'une marge de manoeuvre de chacun des déphaseurs d'admission et d'échappement ( Marg ) pour atteindre la eVVT Adm ,MargeVVT Ech consigne de décroisement, - une étape de détermination de nouvelles consignes de position des déphaseurs d'admission et d'échappement (Admcibie,Echcibie) en fonction de la marge de manoeuvre précédemment déterminée, et - une étape de commande des déphaseurs d'admission et d'échappement (211, 212) à partir des nouvelles consignes de position.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écart de décroisement maximum (Adécroisementmaxi) est calculé à partir de la différence entre la somme des consignes de position brutes (Admbrute, EChbrute) des déphaseurs d'admission et d'échappement (211, 212) et la somme des consignes de position limitées (Admiim, Echhm) des déphaseurs d'admission et d'échappement (212, 212).
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'apport (APP°rtvvTadm) d'un des déphaseurs (211, 212) est calculé à partir du rapport de la différence entre la consigne de position limitée et la consigne de position brute d'un des déphaseurs sur l'écart de décroisement maximum (Adécroisementmaxi ). 3033360 11
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la marge de manoeuvre du déphaseur d'échappement (Mar ge VVT Ech) est égale à l'apport du déphaseur d'admission, tandis que la marge de manoeuvre du déphaseur d'admission ( MargeVVTAdm,) est égale à un moins 5 l'apport du déphaseur d'échappement.
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les nouvelles consignes de position des déphaseurs d'admission et d'échappement (Admcible,Echcible) sont définies en fonction des consignes brutes de position des déphaseurs (Adm brute, EChbrute) I de la marge de manoeuvre de chacun des déphaseurs 10 de l'écart de décroisement maximum (MargeVVT Adm,MargeVVT Ech), (Adécroisementmaxi), et d'un gain variable (Gain, 1 table) -
  6. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le gain variable (Gainvartable) 1 est cartographié en fonction d'une consigne de charge en air et d'un régime du moteur thermique. 15
  7. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gain variable (Gainvartable) 1 est choisi de manière à limiter les nouvelles consignes de position (AdMcible,EChcible) des déphaseurs d'admission et d'échappement (211, 212) sur certains points correspondants à des passages d'un fonctionnement de type Miller vers un fonctionnement de type Atkinson. 20
  8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les consignes de position limitées (Admin, Echl,m) sont limitées en fonction d'une pente de vitesse maximum, d'une saturation à des valeurs minimales et maximales d'actionneurs correspondante, et d'une prise en compte d'une éventuelle limitation du balayage en air frais à l'admission. 25
  9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit procédé comporte en outre une étape préalable de passage des consignes de position des déphaseurs d'admission et d'échappement d'un repère motoriste dans un repère relatif actionneur. 3033360 12
  10. 10. Calculateur moteur (33) comportant une mémoire stockant des instructions pour la mise en oeuvre du procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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EP1164259A1 (fr) * 2000-06-12 2001-12-19 Nissan Motor Company, Limited Système de distribution variable d'un moteur à combustion interne, qui permet de varier la phase et la durée d'ouverture
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