FR3057302A1 - Procede de pilotage d'une vanne papillon d'un moteur a combustion interne a levee de soupapes variable - Google Patents
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Abstract
Procédé de pilotage d'une vanne papillon d'un moteur muni d'au moins une soupape à levée variable, caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes : - de détermination d'une pression (Pus) en amont de ladite vanne papillon, - de détermination d'une température (Tus) en amont de ladite vanne papillon, - de détermination d'une pression (Pds) en aval de ladite vanne papillon, - de détermination d'un débit (q) de ladite vanne papillon, ledit débit (q) étant égale au produit entre une masse (Ma) d'air frais admise à l'intérieur d'une chambre de combustion d'un cylindre et un coefficient de conversion (h) permettant de transformer une masse d'air en débit, - de calcul d'une section efficace (S) de ladite vanne papillon à partir d'une équation de Barré Saint Venant (41) prenant en entrée les valeurs précédemment déterminées, et - de commande de ladite vanne papillon en fonction de ladite section efficace (S) calculée.
Description
Titulaire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
PROCEDE DE PILOTAGE D'UNE VANNE PAPILLON D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A LEVEE DE SOUPAPES VARIABLE.
FR 3 057 302 - A1 \2j) Procédé de pilotage d'une vanne papillon d'un moteur muni d'au moins une soupape à levée variable, caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes:
- de détermination d'une pression (Pus) en amont de ladite vanne papillon,
- de détermination d'une température (Tus) en amont de ladite vanne papillon,
- de détermination d'une pression (Pds) en aval de ladite vanne papillon,
- de détermination d'un débit (q) de ladite vanne papillon, ledit débit (q) étant égale au produit entre une masse (Ma) d'air frais admise à l'intérieur d'une chambre de combustion d'un cylindre et un coefficient de conversion (h) permettant de transformer une masse d'air en débit,
- de calcul d'une section efficace (S) de ladite vanne papillon à partir d'une équation de Barré Saint Venant (41 ) prenant en entrée les valeurs précédemment déterminées, et
- de commande de ladite vanne papillon en fonction de ladite section efficace (S) calculée.
PROCEDE DE PILOTAGE D'UNE VANNE PAPILLON D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A LEVEE DE SOUPAPES VARIABLE [0001] La présente invention porte sur un procédé de pilotage d'une vanne papillon d'un moteur à combustion interne à levée de soupapes variable. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des véhicules automobiles.
[0002] De façon connue en soi, les soupapes d'admission et les soupapes d'échappement du moteur sont déplacées par des arbres à came. Dans certaines configurations de moteur, la position relative de chaque arbre à cames par rapport au vilebrequin peut être modifiée au moyen de déphaseurs commandés hydrauliquement ou électriquement. Ces déphaseurs permettent, suivant les conditions de fonctionnement, d'avancer ou de retarder l'ouverture et/ou la fermeture des soupapes d'admission et d'échappement, c’est-à-dire de faire varier le phasage des lois de levée de ces soupapes par rapport à un mode de fonctionnement de référence. Ces déphaseurs sont connus sous l'acronyme WA (Variable Valve Actuation en anglais) ou VVT (Variable Valve Timing en anglais).
[0003] Par rapport aux moteurs dits classiques ou sans levée variable de soupapes qui permettent aux soupapes de prendre une seule position extrême lors de leur ouverture complète dite de levée haute, un système mécanique spécifique permet aux soupapes de prendre une position dite de levée basse correspondant à une position intermédiaire de soupape située entre les positions extrêmes d'ouverture et de fermeture complète.
[0004] Dans le cas des moteurs classiques, la charge du moteur est gérée en utilisant la variation de pression dans le répartiteur d'admission. Un tel procédé est par exemple décrit dans le document FR2942503. Or, la pression dans le répartiteur d'admission est gérée par la vanne papillon. De ce fait, la charge du moteur est directement gérée par la position de la vanne papillon. L’utilisation de déphaseurs d'admission et/ou d'échappement est également possible.
[0005] Les procédés classiques permettant de piloter la vanne papillon sont basés sur l’équation de Barré Saint Venant, représentant le débit massique q à travers la surface S.
p
Si —^ >
pus
r(y-l) p
Si pus
γ-ϊ υηηώ,,ο régime sonique => Cfe
7+1
7-1
Avec.
- Pds est la pression en aval de la vanne papillon dans le répartiteur d'admission;
- Pus est la pression en amont de la vanne papillon;
- q est le débit de la vanne papillon;
- Tus est la température en amont de la vanne papillon;
- S est la section efficace de la vanne papillon.
[0006] Ainsi, pour piloter la vanne papillon, il est nécessaire de chercher la section efficace S de la vanne papillon permettant d’obtenir le débit q de la vanne papillon.
[0007] Pour piloter la vanne papillon dans un moteur classique, différentes configurations des entrées de l’équation de Barré Saint Venant sont possibles. Par exemple, suivant une première configuration, l’équation de Barré Saint Venant comporte les entrées suivantes:
- Pus est la pression mesurée en amont de la vanne papillon;
- Tus est la température en amont de la vanne papillon;
- Pds est la pression mesurée en aval de la vanne papillon dans le répartiteur d'admission;
- q est le débit de la vanne papillon émanant directement de la consigne de débit du moteur nécessaire pour faire la consigne de couple moteur demandée par le conducteur, via la pédale d’accélérateur.
La section S de la vanne papillon est obtenue en sortie de l'équation de Barré Saint Venant.
[0008] Suivant une deuxième configuration, l’équation de Barré Saint Venant comporte les entrées suivantes:
- Pus est la pression mesurée en amont de la vanne papillon;
- Tus est la température mesurée en amont de la vanne papillon;
- q est le débit de la vanne papillon émanant directement de la consigne de débit du moteur nécessaire pour faire la consigne de couple moteur demandée par le conducteur, via la pédale d’accélérateur;
- Pds est la pression en aval de la vanne papillon dans le répartiteur d'admission obtenue via la fonction de contrôle commande reliant Pds et le débit q. Cette fonction de contrôle commande, plus communément appelé modèle de remplissage, est décrite dans le document PCT/FR2010/050079.
La section efficace S de la vanne papillon est obtenue en sortie de l'équation de Barré Saint Venant.
[0009] Dans le cas de moteurs intégrant un dispositif de levée de soupapes variable, la charge du moteur n'est plus gérée par la vanne papillon mais par le dispositif de levée de soupapes variable. Ainsi, la pression dans le répartiteur d’air n’est plus variable en fonction de la charge, mais fixe, à une pression d'admission voulue, par exemple à 950mbar soit 95 kPa.
[0010] Concernant le pilotage de la vanne papillon, il est toujours réalisé par une équation de Barré Saint Venant. Cependant, les entrées de l’équation de la deuxième configuration détaillée ci-dessus sont modifiées comme suit :
- Pus est la pression mesurée en amont de la vanne papillon;
- Tus est la température mesurée en amont de la vanne papillon;
- q est le débit de la vanne papillon émanant directement de la consigne de débit du moteur nécessaire pour faire la consigne de couple moteur demandée par le conducteur, via la pédale d’accélérateur;
- Pds est la pression fixe en aval de la vanne papillon dans le répartiteur d'admission à une valeur par exemple de 950mbar, soit 95 kPa.
[0011] Toutefois, le problème principal du procédé précédemment décrit, basé sur l'utilisation de l'équation de Barré Saint Venant et d'entrées spécifiques pour un moteur à levée de soupapes variable, est de mal maîtriser la pression dans le répartiteur d'admission durant les transitoires de charge, donc durant les transitoires de levée de soupapes variable. Par ailleurs, il ne permet pas d’obtenir un débit q robuste vis-à-vis des paramètres suivants: le réglage des déphaseurs d’arbre à cames qui peut être différent en fonction des modes de combustion du moteur, la température d’eau et la température d'air susceptibles de varier, et la pression à l'échappement qui peut évoluer à cause de l’altitude ou de l'ajout d’un filtre à particules à l’échappement.
[0012] L'invention vise à obtenir un débit en entrée de l’équation de Barré Saint Venant, qui pallie aux défauts ci-dessus en proposant un procédé de pilotage d'une vanne papillon d'un moteur à combustion interne muni d'au moins une soupape à levée variable, caractérisé en ce que le procédé comprend:
- une étape de détermination d'une pression en amont de la vanne papillon,
- une étape de détermination d'une température en amont de la vanne papillon,
- une étape de détermination d'une pression en aval de la vanne papillon,
- une étape de détermination d'un débit de la vanne papillon, le débit étant égale au produit entre une masse d'air frais admise à l'intérieur d'une chambre de combustion d'un cylindre et un coefficient de conversion permettant de transformer une masse d'air en débit,
- une étape de calcul d'une section efficace de la vanne papillon à partir d'une équation de Barré Saint Venant prenant en entrée les valeurs précédemment déterminées, et
- une étape de commande de la vanne papillon en fonction de la section efficace calculée.
[0013] L'invention permet ainsi une meilleure maîtrise de la pression dans le répartiteur d'admission durant les transitoires de levée de soupapes variable. En outre, l'invention permet d’obtenir un débit de la vanne papillon robuste vis-à-vis des différentes variations de paramètres moteurs ou physiques.
[0014] Selon une mise en œuvre, la pression en amont de la vanne papillon et la température en amont de la vanne papillon sont des valeurs mesurées.
[0015] Selon une mise en œuvre, la pression en aval de la vanne papillon est une valeur fixe prédéterminée.
[0016] Selon une mise en œuvre, la pression en aval de la vanne papillon est fixe et de l'ordre de, par exemple, 95 kPa.
[0017] Selon une mise en œuvre, la masse d'air frais admise à l'intérieur de la chambre de combustion est déterminée en fonction d'un produit entre une pression d'admission et une pente de remplissage, la pente de remplissage étant corrigée par un facteur pondérateur dépendant d'une amplitude de levée de soupapes.
[0018] Selon une mise en œuvre, le facteur pondérateur est égal à 1 lorsque la soupape est en levée haute, ou différente de 1 lorsque la soupape est en levée basse.
[0019] Selon une mise en œuvre, un basculement de la valeur du facteur pondérateur X entre la levée haute et la levée basse est réalisé à l'aide d'un coefficient barycentrique k, le facteur pondérateur X étant défini de la manière suivante:
X = Z + kx(l — Z)
Avec:
- X=1 en levée haute,
- X=Z#1 en levée basse.
[0020] Selon une mise en œuvre, le coefficient barycentrique k présentant une valeur variant entre 0 à 1 est défini suivant la relation suivante:
( (b- f(N) k = min 1 ; max 0 ;-——— \ \ aW
Avec:
- L représente ladite levée de soupapes,
- f(N) représente une levée de transition entre X=Z et X=1,
- g(N) représente un écart de levée permettant la transition entre X=Z et X=1.
[0021] Selon une mise en œuvre, le facteur pondérateur en levée basse est déterminé en utilisant un réseau de neurones artificiels.
[0022] L'invention a également pour objet un calculateur moteur de véhicule automobile comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé tel que précédemment défini.
[0023] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
[0024] La figure 1 représente une vue en coupe schématique partielle d'un moteur à combustion interne apte à mettre en œuvre le procédé de pilotage d'une vanne papillon selon la présente invention;
[0025] La figure 2 est un schéma illustrant le fonctionnement global du procédé selon l'invention permettant de déterminer une section efficace de la vanne papillon.
[0026] La figure 1 montre une vue en coupe schématique partielle d'un moteur à combustion interne 1 à essence comportant une pluralité de cylindres 2 par exemple au nombre de trois ou quatre.
[0027] 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.
[0028] La bougie d'allumage 8 est liée à la culasse 13 et 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.
[0029] 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.
[0030] De façon analogue, les soupapes d'échappement 12 sont déplacées par un 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.
[0031] La position relative de chaque arbre à cames 171, 172 par rapport au vilebrequin 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. 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.
[0032] 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 œuvre du procédé de pilotage de la vanne papillon 20 du moteur 1 afin de maîtriser, d’une manière optimale, la pression du répartiteur d'admission.
[0033] Comme cela est illustré par la figure 2, le module 41 mettant en œuvre l'équation de Barré Saint Venant est alimenté par les entrées suivantes : la pression mesurée Pus en amont de la vanne papillon 20, la température mesurée Tus en amont de la vanne papillon 20, et la pression Pds fixe, par exemple de l'ordre de 950 mbar soit 95 kPa, en aval de la vanne papillon 20.
[0034] La particularité du procédé est d’alimenter l’équation de Barré Saint Venant avec un débit q spécifique issue indirectement du modèle de remplissage pour moteur à levée de soupapes variable par la relation suivante :
q = hxMa
Avec :
h est le coefficient de conversion permettant de transformer une masse d'air en débit, et Ma est la masse d'air frais.
Ainsi, la section efficace S est déterminée.
[0035] La masse d'air frais Ma en levée haute, déterminée par le module 42 peut s'écrire:
Ma = P,
AD Mx
ADM cyl FA rxTa
Tb
- Mb x — Ta
Avec:
- Mb est une masse de gaz brûlés contenue dans la chambre de combustion 5 à la fin de l’échappement des gaz brûlés,
- aadm est un coefficient correcteur dont la valeur est fonction d'un régime moteur Rmot et de un angle de fin d’admission,
- Padm est une pression admission de l’air dans un répartiteur d’air
- vcyi_FA est un volume géométrique de la chambre de combustion 5 calculé à l’angle de fin d’admission,
- r est une constante égale au rapport suivant R/M où R est la constante universelle des gaz parfaits et M est une masse molaire en kg.mol-1 des gaz mélangés, et
- Ta et Tb sont des températures, respectivement, de l’air frais et des gaz brûlés.
[0036] La masse d'air frais Ma admise à l'intérieur de la chambre de combustion 5 en levée haute est ainsi estimée en fonction du produit entre la pression d'admission PADM et une pente de remplissage (pente) déterminés par le calculateur moteur 33, soit plus précisément:
Ma = PADM x pente — offset [0037] En levée basse, la pente de remplissage est corrigée par un facteur pondérateur X dépendant d'une amplitude de levée de soupapes L. L'équation de remplissage, illustré sur la figure 2 par le module 42, devient alors:
Ma = PADM x pente x X — offset [0038] En levée haute, le facteur pondérateur X est forcé égal à 1 de manière à ne pas 10 impacter la précision de l'estimation du remplissage en levée haute. En levée basse, le facteur pondérateur X est égal à Z et est différent de 1.
[0039] Pour effectuer le basculement entre la valeur de X=1 en levée haute et la valeur X=Z en levée basse, on utilise un coefficient barycentrique k:
X = Z + k x (1 - Z)
Avec:
- Z=1 en levée haute,
- Z=Z#1 en levée basse.
[0040] Le coefficient barycentrique k est un coefficient dont la valeur varie entre 0 et 1 permettant de transiter entre la valeur de X=Z en levée basse et X=1 en levée haute selon l'équation suivante:
/ / L-f(N?
k = min 1 ; max 0 ;-———
V V gW ,
- L représentant la levée de soupapes,
- f(N) représentant une levée de transition entre X=Z et X=1,
- g(N~) représentant un écart de levée permettant la transition entre X=Z et X=1.
[0041] Le module 43 permettant de déterminer le facteur pondérateur Z en levée basse est basé sur l'utilisation d'un réseau de neurones artificiels.
[0042] Le moteur à combustion interne 1 est ensuite commandé en fonction de la section efficace S de la vanne papillon 20 précédemment déterminée.
Claims (10)
- Revendications :1. Procédé de pilotage d'une vanne papillon (20) d'un moteur à combustion interne (1) muni d'au moins une soupape (11, 12) à levée variable, caractérisé en ce que ledit procédé comprend:- une étape de détermination d'une pression (Pus) en amont de ladite vanne papillon (20),- une étape de détermination d'une température (Tus) en amont de ladite vanne papillon,- une étape de détermination d'une pression (Pds) en aval de ladite vanne papillon (20),- une étape de détermination d'un débit (g) de ladite vanne papillon (20), ledit débit (g) étant égale au produit entre une masse (Ma) d'air frais admise à l'intérieur d'une chambre de combustion (5) d'un cylindre (2) et un coefficient de conversion (h) permettant de transformer une masse d'air en débit,- une étape de calcul d'une section efficace (S) de ladite vanne papillon (20) à partir d'une équation de Barré Saint Venant (41) prenant en entrée les valeurs précédemment déterminées, et- une étape de commande de ladite vanne papillon (20) en fonction de ladite section efficace (S) calculée.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pression (Pus) en amont de ladite vanne papillon (20) et ladite température (Tus) en amont de ladite vanne papillon (20) sont des valeurs mesurées.
- 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite pression (Pds) en aval de ladite vanne papillon (20) est une valeur fixe prédéterminée.
- 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite pression en aval (Pds) de ladite vanne papillon (20) est fixe et de l'ordre de, par exemple, 95 kPa.
- 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite masse (Ma) d'air frais admise à l'intérieur de ladite chambre de combustion (5) est déterminée en fonction d'un produit entre une pression d'admission (PADM) et une pente de remplissage, ladite pente de remplissage étant corrigée par un facteur pondérateur (X) dépendant d'une amplitude de levée de soupapes (L).
- 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit facteur pondérateur (X) est égal à 1 lorsque ladite soupape (11, 12) est en levée haute, ou différente de 1 lorsque ladite soupape (11, 12) est en levée basse.
- 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un basculement de la valeur 5 dudit facteur pondérateur (X) entre la levée haute et la levée basse est réalisé à l'aide d'un coefficient barycentrique (k), ledit facteur pondérateur (X) étant défini de la manière suivante:X = Z + kx(l — Z)Avec:- X=1 en levée haute,10 - Y=Z#1 en levée basse.
- 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit coefficient barycentrique (k) présentant une valeur variant entre 0 à 1 est défini suivant la relation suivante:/ ( L - f(Nfl k = min 1 ; max 0 ;-———V V gW ,Avec:15 - L représente ladite levée de soupapes,- f(N) représente une levée de transition entre X=Z et X=1,- g(N) représente un écart de levée permettant la transition entre X=Z et X=1.
- 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que ledit facteur pondérateur (Z) en levée basse est déterminé en utilisant un réseau de20 neurones artificiels (43).
- 10. Calculateur moteur (33) de véhicule automobile comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre dudit procédé tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
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