WO2020083922A1 - Procédé et système de contrôle d'un régime moteur de véhicule - Google Patents

Procédé et système de contrôle d'un régime moteur de véhicule Download PDF

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WO2020083922A1
WO2020083922A1 PCT/EP2019/078745 EP2019078745W WO2020083922A1 WO 2020083922 A1 WO2020083922 A1 WO 2020083922A1 EP 2019078745 W EP2019078745 W EP 2019078745W WO 2020083922 A1 WO2020083922 A1 WO 2020083922A1
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torque
engine
load
combustion
estimator
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PCT/EP2019/078745
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Xavier Moine
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Continental Automotive France
Continental Automotive Gmbh
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    • F02D31/001—Electric control of rotation speed
    • F02D31/002—Electric control of rotation speed controlling air supply

Definitions

  • the invention relates to the field of heat engines, and more particularly relates to a method for controlling the speed of a vehicle heat engine operating at constant speed.
  • the invention aims in particular to limit unwanted engine speed changes, in order to limit the risk of damage to the engine or to any equipment which is electrically powered by said vehicle.
  • a vehicle heat engine comprises one or more hollow cylinders each delimiting a combustion chamber into which a mixture of air and fuel is injected. This mixture is compressed in the cylinder by a piston and ignited so as to cause the displacement of the piston in translation inside the cylinder.
  • crankshaft The displacement of the pistons in each cylinder of the engine rotates an engine shaft called "crankshaft" allowing, via a transmission system, to rotate the wheels of the vehicle.
  • the crankshaft speed defines the engine speed of the vehicle. The higher the crankshaft rotates, the higher the engine speed.
  • the air of the mixture is injected into the combustion chamber through one or more intake valves, each connected to an air intake duct.
  • intake valves are regularly opened and closed, so as to allow the passage of a predetermined quantity of air, coming from an air box connected upstream to an outside air intake and downstream to one or more several boxes comprising at least one opening valve, commonly known as a "butterfly", mounted to rotate about an axis.
  • a box known under the designation of "throttle box” is configured to allow the admission of air into the intake duct of a combustion chamber of an engine cylinder.
  • the butterfly is configured to be open or closed so as to allow the passage of an amount of air as a function of the opening angle of the butterfly, such an opening angle being measured by an angular position sensor known as the TPS designation, meaning "Throttle Position Sensor" in English.
  • the butterfly is rotated by an actuator comprising an electric motor controlled by the vehicle computer and connected to a plurality of gears for driving the butterfly in rotation about its axis.
  • the vehicle computer which controls the electric motor of the throttle body so as to control the opening of the throttle.
  • Such an opening of the butterfly allows the admission of a larger quantity of air into the combustion chamber.
  • the computer controls the vehicle's fuel injection system in parallel from the reading of the air flow drawn into the combustion chamber, measured by means of a flow measurement sensor mounted in the throttle body.
  • a greater quantity of fuel is injected into the combustion chamber, thereby causing an increase in the power of the engine.
  • the engine speed fluctuates as a function, for example, of the speed of the vehicle or of the torque necessary for the engine to maintain its speed, for example when the vehicle is uphill.
  • Some engines are for example fitted with a carburetor, the main function of which is to modulate the quantity of mixture and fuel introduced into the combustion chamber.
  • the carburetor is connected to the crankshaft by a tensioned spring.
  • the crankshaft rotates at a lower speed and releases the spring connected to the carburetor, causing the opening of the regulating butterfly in order to increase and to restore the engine speed again.
  • an electronic throttle regulation system for example applications integrated into the vehicle computer and configured to electronically control the angular position of the throttle, and therefore to reduce the supply of air to the combustion chamber. , so as to limit the engine speed.
  • the application controls the closing of the throttle valve so as to limit the amount of air and fuel mixture introduced into the combustion chamber and thus reduce the engine speed.
  • control systems of the prior art control the engine speed by controlling a predetermined angular position of the throttle which does not necessarily correspond to the load necessary to restore the engine speed.
  • Such regulation systems thus operate by trial and error by regularly readjusting the load making it possible to regulate the engine speed as a function of the response made to the previous load.
  • Such successive steps can require a significantly long time, which increases the risk of damaging the engine.
  • the aim of the invention is therefore to at least partially remedy these drawbacks by proposing a simple, reliable, efficient and rapid solution for controlling the engine speed.
  • the invention relates in particular to a method making it possible to quickly adapt to the application of an external load applied to the engine and which modifies the speed thereof.
  • One objective is to assess the load applied to the engine and react directly to the opening of the throttle valve, by providing the combustion engine torque (torque indicated) and by avoiding waiting for a speed difference.
  • Another objective is to reduce or even avoid pumping phenomena when the engine load disappears or is greatly reduced.
  • the invention firstly relates to a process for controlling a speed of a vehicle heat engine, intended to operate at a constant speed, said engine comprising at least one combustion chamber, in which a mixture of air and fuel is injected, and an air box, configured to inject air into said combustion chamber and having an air flow controlled by a regulating butterfly, said regulating butterfly having an angular position variable, controlled by a predetermined position of an actuator, said method being characterized in that it comprises the steps of:
  • said method further comprising the following steps:
  • a first portion comprising said at least one combustion phase, representative of a variation in the torque during the combustion phase, for the calculation of a combustion engine torque
  • the method according to the invention advantageously makes it possible to anticipate a possible collapse of the engine speed, by controlling an anticipated angular position of the regulating throttle, making it possible to compensate for such a collapse when it occurs. For example, it allows engine control, by defining separate processes from engine control if the engine is essentially loaded, for example blades engaged on a mower, or essentially not loaded, for example blades disengaged in the case of a mower.
  • the method according to the invention further comprises the following steps:
  • linear segments makes it possible to simplify the calculations by using only additions and subtractions, which in particular makes it possible to avoid the use of corrective coefficients on times corresponding to determined angular positions of the crankshaft defining said points.
  • the step of evaluating the load resistant torque comprises the sub-steps of:
  • said engine comprising a crankshaft characterized by an angular position from a reference position, said at least one combustion chamber having a combustion phase, the calculation of the combustion engine torque comprises the steps of:
  • the engine having a complete engine cycle comprising at least one combustion phase, said theoretical torque curve representing the evolution of the complete engine cycle, the determination of said first estimator is carried out for a first portion of said theoretical engine torque curve comprising said at least one combustion phase, so as to determine said first estimator of said first portion of theoretical engine torque curve.
  • the first estimator depends on six instants and allows the calculation of the combustion engine torque from a first equation written as follows:
  • TQJnd k * (T6 - T5 - T ⁇ + G3 + T2 - Tl) * N 3
  • N [rpm] corresponds to an engine speed measured by means of the angular position of the crankshaft during the engine cycle
  • Such a calculation advantageously allows the determination of the combustion engine torque by means of a simple calculation dependent on a plurality of times which can be determined by means of a clock integrated into the computer and triggered for a precise position of the crankshaft.
  • the engine having a complete engine cycle comprising at least one combustion phase, said theoretical torque curve representing the evolution of the complete engine cycle, the calculation of the load resistive torque is performed for a second portion of said curve of the theoretical engine torque not comprising said at least one combustion phase and comprises an estimate, from a second estimator, of a load resistive torque based on the taking into account the remarkable instants of said second portion of the theoretical motor torque curve, and a determination of the position of the actuator as a function of this estimated resistive load torque and of the motor rotation speed.
  • the second portion of the theoretical motor torque curve comprising, as remarkable instants, the initial point, two inflection points and the end point, the second estimator depends on four instants and allows the calculation of the resistive load torque from a second equation written as follows:
  • TQ_Load k * (T4 - T3 - T2 + Tl) N 3
  • N corresponds to an engine speed measured by means of the angular position of the crankshaft during the engine cycle
  • Such a calculation advantageously allows direct determination of the load resistive torque by means of a simple calculation dependent on a plurality of times which can be determined by means of a clock integrated into the computer and triggered for a precise position of the crankshaft.
  • the angular position of the regulating throttle is determined from a table with double inputs, depending on the engine speed and the load resistive torque.
  • Such an alternative embodiment advantageously makes it possible to anticipate an angular position of the regulating butterfly by simple determination of such an angular position from the known engine speed and the load resistive torque.
  • the friction resistive torque corresponds to a predetermined torque value.
  • the invention also relates to a vehicle computer, said vehicle comprising a heat engine intended to operate at a constant speed, said heat engine comprising at least one combustion chamber, into which a mixture of air and fuel is injected, and an air box, configured to inject air into said combustion chamber and having an air flow rate controlled by a regulating butterfly, said regulating butterfly having a variable angular position, controlled by a predetermined position of an actuator , said computer being configured for: Evaluating a so-called “load” resistant torque resulting from a plurality of external loads applied to said motor,
  • a first portion comprising said at least one combustion phase, representative of a variation in the torque during the combustion phase, for the calculation of a combustion engine torque
  • the computer is configured to:
  • ⁇ Determine a first estimator from said evolution curve of the theoretical driving torque, corresponding to a series of segments connected by a plurality of inflection points, each segment being representative of a variation in values of the theoretical driving torque during a combustion phase in a combustion chamber, and comprising an initial point and an end point, for calculating the combustion engine torque,
  • said engine comprising a crankshaft characterized by an angular position from a reference position, said at least one combustion chamber having a combustion phase, in order to calculate the combustion engine torque
  • the computer is configured to : • determine a first estimator from said evolution curve of the theoretical driving torque, the estimator corresponding to a series of segments, linked together between an initial point and an end point, and characterized by a plurality of remarkable points, each segment being representative of a variation in torque values during the combustion phase, said plurality of remarkable points comprising the initial point, a plurality of inflection points connecting the segments to each other and the end point,
  • the engine having a complete engine cycle comprising at least one combustion phase, said theoretical torque curve representing the evolution of the complete engine cycle
  • the computer is configured to determine said first estimator for a first portion of said theoretical torque curve comprising said at least one combustion phase, so as to allow the determination of said first estimator of said first portion of theoretical torque curve.
  • the computer is configured to determine the first estimator from six instants and to calculate the combustion engine torque ( TQJnd) from a first equation written as follows:
  • TQJnd k * (T6 - T5 - T ⁇ + G3 + T2 - T 1) * N 3
  • N corresponds to an engine speed measured by means of the angular position of the crankshaft during the engine cycle
  • the engine having a complete engine cycle comprising at least one combustion phase, said engine torque curve theoretical representing the evolution of the complete engine cycle, the computer is configured to determine a second estimator for a second portion of said theoretical torque curve not including said at least one combustion phase.
  • the computer is configured to determine the second estimator at from four instants and to calculate the resistive load torque TQ_Load from a second equation written as follows:
  • TQ_Load k * (T4 - T3 - T2 + Tl) N 3
  • N corresponds to an engine speed measured by means of the angular position of the crankshaft during the engine cycle
  • Such a calculation advantageously allows the determination of the resistive load torque by means of a simple calculation dependent on a plurality of times which can be determined by means of a clock integrated into the computer and triggered for a precise position of the crankshaft.
  • the computer is configured to determine the angular position of the regulating throttle from a table with double inputs, depending on the engine speed and the load resistive torque.
  • the computer is configured to calculate the acceleration engine torque from the inertia and the average engine speed of said heat engine.
  • the computer is configured to determine the frictional resistance torque from a predetermined torque value.
  • the invention further relates to a vehicle comprising an engine, having a constant engine speed, and a computer as described above.
  • the invention relates to an electric generator comprising an engine, having a constant engine speed, and a computer as described above.
  • Figure 1 schematically illustrates a heat engine and a butterfly regulating an air box of such a heat engine.
  • Figure 2 is a schematic view of the exchange of messages and signals between the computer and the vehicle engine.
  • FIG. 3 represents the evolution of the so-called "theoretical" engine torque in a combustion chamber.
  • FIG. 4 illustrates a first estimator of the evolution of the engine torque of FIG. 3.
  • FIG. 5 illustrates a second estimator of the evolution of the load torque of FIG. 3.
  • FIG. 6 schematically illustrates an embodiment of the method according to the invention.
  • a vehicle of the lawn mower type for example, comprises a heat engine 1 comprising at least one hollow cylinder 11, in this example a single cylinder 1 1 delimiting a combustion chamber 11A in which slides a piston 12, whose movement is driven by compression and expansion of the gases from the combustion of a mixture of air and fuel introduced into the combustion chamber 1 1A.
  • the piston 12 is connected to a crankshaft 13, which, driven in rotation by the up and down movement of the piston 12, allows the engine 1 of the vehicle to be driven.
  • the speed of rotation of the crankshaft 13 defines the engine speed of the vehicle, that is to say the number of rotations per minute carried out by the crankshaft 13 when the engine 1 is in operation. In the case of a lawn mower or a generator for example, such an engine speed should be constant. Also, the torque of engine 1 must be adapted so that the speed remains unchanged whatever the external conditions. Indeed, the torque of the engine 1 corresponds to the force that the engine 1 must provide for example so that the crankshaft 13 rotates at the desired speed of rotation, that is to say in this case, at the predefined constant speed.
  • the measurement of the speed of rotation of the crankshaft 13 is determined from the angular position of such a crankshaft 13.
  • the crankshaft 13 comprises a toothed wheel 130 comprising a predetermined number of regularly spaced teeth, as well that a free space of teeth corresponding to a reference position of the crankshaft 13. Since such a toothed wheel 130 is known per se, it will not be further detailed here.
  • a position sensor 16 is mounted opposite the toothed wheel 130 so as to allow both the detection of the reference position and the counting of the number of teeth running past the position sensor 16 from such a reference position. More precisely, the position sensor 16 delivers a signal representative of the passage of the teeth which allows the computer 30 to determine the angular position from 0 ° to 360 ° of the crankshaft 13.
  • intake valves 14A and exhaust valves 14B are respectively introduced and expelled via intake valves 14A and exhaust valves 14B, connected to a camshaft 15.
  • Each intake duct 16A allows the passage of air from an air intake system into the combustion chamber 11A of the cylinder 11.
  • the air intake system comprises a throttle housing 20 connected to an air box 22.
  • the air box 22 is configured to suck a flow of air coming upstream from the outside of the vehicle and the introduce into the air intake duct 16A connected to the combustion chamber 11 A.
  • the throttle body 20 comprises a regulating throttle 21, being in the form of a shutter valve, configured to allow or stop the passage of the 'air.
  • a regulating throttle 21 being in the form of a shutter valve, configured to allow or stop the passage of the 'air.
  • the invention is described, in this example, for a throttle body 20 comprising a single regulating throttle 21, however it goes without saying, that the throttle body 20 could comprise a different number, in particular in the case of an engine 1 comprising a plurality of combustion chambers 1 1A and therefore a plurality of intake ducts 16A.
  • the regulating butterfly valve 21 is rotatably mounted about an axis and is configured to move between an open position, in which the air flow rate in the butterfly housing 20 is maximum, and a closed position, in which such an air flow is zero.
  • the position of the control butterfly 21 is driven in rotation by an actuator 23 comprising an electric motor controlled by the computer 30 of the vehicle and connected to a plurality of gears making it possible to drive the control butterfly 21 in rotation about its axis.
  • the invention advantageously makes it possible to control, in phase advance, the position of the actuator 23, so as to control the angular position of the regulating butterfly 21, in order to limit the fluctuations of the engine speed.
  • the invention makes it possible, in fact, to prevent fluctuations in the engine speed, by anticipating the control of the angular position of the regulating butterfly 21.
  • the vehicle includes a computer 30 configured to allow the implementation of the method according to the invention.
  • the computer 30 of the vehicle is configured to evaluate a so-called “load” resistant torque denoted TQ_Load, resulting from a plurality of external loads applied to said engine 1, in the purpose of compensating for such an external load.
  • TQ_Load a so-called “load” resistant torque denoted TQ_Load
  • the load resistive torque TQ_Load advantageously makes it possible to anticipate such a collapse, by controlling an anticipated angular position of the regulating butterfly 21, making it possible to compensate for such a collapse before it occurs.
  • the computer 30 is then further configured to determine, from the rated load resistive torque TQ_Load, a position of the actuator 23, so as to determine an angular position of the regulating butterfly 21, and to control such a position of the actuator 23, so as to allow regulation of the engine speed.
  • the resistive load torque TQ_Load is, according to a preferred embodiment of the invention, evaluated as follows:
  • TQi oad TQJnd TQ_Fr TQ_Acc
  • the computer 30 is configured both to calculate the acceleration engine torque TQ_Acc, to determine the friction resistive torque TQ_Fr and to calculate the combustion engine torque TQJnd.
  • the computer 30 is configured to receive from the position sensor 16 of the toothed wheel 130 of the crankshaft 13, a signal representative of the passage of the teeth allowing the computer 30 to determine the position from 0 ° to 360 ° of the crankshaft 13 from the detection of the reference position. The computer 30 is then configured to determine the speed of rotation of the crankshaft 13 from the evolution of the angular position of said crankshaft 13 for a predetermined duration.
  • the computer 30 is configured to determine the engine torque of acceleration TQ_Acc, from the speed of rotation of the crankshaft 13 and the inertia of the engine 1. According to a exemplary embodiment, the computer 30 is configured to calculate the engine torque of acceleration TQ_Acc from the following equation:
  • N engine speed (N n and N n -i representing the engine speed at one turn n and at one turn n-1 of the crankshaft) in rpm.
  • the resistive friction torque TQ_Fr represents the engine torque resulting from a plurality of friction acting in the engine 1 and corresponds in this example to a predetermined known term.
  • the computer 30 is in fact configured for example to store such a value of friction resistive torque TQ_Fr so as to directly integrate the value in the calculation of the load resistive torque TQ_Load.
  • the computer 30 is configured to:
  • FIG. 3 represents an example of theoretical evolution of the engine torque TQ_T due to the combustion of the air and fuel mixture in the combustion chamber 11.
  • the example represented in FIG. 3 illustrates such an evolution for a engine 1 comprising two cylinders 11 and therefore two combustion chambers 11 A.
  • the two phases of negative peaks P1, P3 represented on the curve respectively illustrate the compression of the mixture of air and fuel in the first combustion chamber 1 1A (P1) and the compression of the air and fuel mixture in the second combustion chamber 11A (P3)
  • the two phases of positive peaks P2, P4 of evolution represented on the curve respectively illustrate the combustion of such a mixture in the first combustion chamber 11A (P2), and the combustion of such a mixture in the second combustion chamber 11 A (P4).
  • an engine cycle CM that is to say the combustion of the air and fuel mixture in the two combustion chambers 11A of the engine 1, thus comprises two combustion phases and is carried out for a quarter of crankshaft 13, that is to say a 90 ° rotation of said crankshaft 13.
  • This curve of evolution of the motor torque TQ_T said to be theoretical, represented in FIG. 3 is known and can advantageously be predetermined or determined beforehand.
  • the evolution curve of the engine torque TQ_T can be obtained in a known manner, that is to say preferably theoretically from the combustion equations, but also alternatively by measuring the torque during a prior calibration of the engine, for example from d '' a pressure sensor placed in each combustion chamber of the engine and transformed into engine torque, during a complete CM engine cycle.
  • This pair has been qualified in the present report as "theoretical" for the preference of its obtaining by the theoretical way; it is clear that if it is measured, it is no longer “theoretical” in the strict sense of the term but retains its character of reference.
  • the solution of measuring this torque is entirely conceivable for an application of the method according to the invention.
  • the curve of the theoretical motor torque TQ_T determined beforehand as explained above, and represented in FIG. 3 includes:
  • a first portion comprising said at least one combustion phase, representative of a variation in the torque during the combustion phase, for calculating the combustion engine torque TQJnd, and
  • the computer 30 is configured to determine respectively a first and a second estimator from such an evolution.
  • the first estimator is for example based on the zero-mean convolution of the curve representing the evolution of the theoretical torque TQ_T in the combustion chamber 11 A.
  • the convolution product of l evolution of the torque TQ_T in the combustion chamber 11A is proportional to the combustion engine torque TQJnd.
  • Such a convolution product is known per se and will not be described in more detail in this document.
  • two embodiments can be implemented by the computer described above.
  • these two embodiments correspond respectively to a mower whose blades are engaged or engaged (first embodiment), that is to say that external forces are applied to the blade and therefore on the engine, and on a mower whose blades are free or disengaged (second embodiment), that is to say non-engaged or even that no external force coming from the cutting blade or blades applied to the engine.
  • the estimator corresponds to a series of segments S1, S2, S3, S4, S5 connected by a plurality of inflection points 11, I2, I3, I4, each segment being representative of a variation in torque values during a combustion phase in a combustion chamber 11A (that is to say during phases P1 and P2 for example).
  • Such a first estimator further comprises an initial point A and an end point B.
  • the first segment S1 represents the estimate of the evolution of the torque TQ_T in the first combustion chamber 11A between the initial point A and the first inflection point 11;
  • the second segment S2 represents the estimate of the evolution of the torque TQ_T between the first inflection point 11 and the second inflection point I2;
  • the third segment S3 represents the estimate of the evolution of the torque TQ_T between the second inflection point I2 and the third inflection point I3;
  • the fourth segment S4 represents the estimate of the evolution of the torque TQ_T between the third inflection point I3 and the fourth inflection point I4;
  • the fifth segment S5 represents the estimate of the evolution of the torque TQ_T in the first combustion chamber 11 A between the fourth inflection point I4 and the end point B.
  • Each segment representing a variation in torque values, then has either a negative slope (segment S3), or a positive slope (segments S1 and S5), or a zero slope (segments S2 and S4).
  • segment S3 a negative slope
  • S1 and S5 a positive slope
  • S2 and S4 a zero slope
  • the segments of zero slope have no variation in torque values, only the segments whose slope is not zero are used to determine the combustion engine torque TQJnd.
  • the initial point A, the end point B and each inflection point 11, I2, I3, I4 correspond to a known angular position of the crankshaft 13.
  • the speed of rotation of the engine 1 and therefore of the crankshaft 13 being known, each tooth of the toothed wheel 130, that is to say each angular position corresponds to a given instant from the start of the engine cycle CM.
  • the computer 30 is configured to take up six instants T 1, T2, T3, T4, T5 and T6 depending on the engine 1 and the engine speed.
  • the instants T1, T2, T3, T4, T5 and T6 are respectively raised when the computer 30 detects the following positions of the crankshaft 13: the first instant T1 corresponds to the angular position of the crankshaft 13 at which the piston 12 of the first cylinder 1 1 moves to the high position, designated top dead center, and the instant T2 is raised for a rotation d 'an angle of 45 ° from the angular position of the crankshaft 13 corresponding to the top dead center of the piston 12 in the first cylinder 11.
  • the instants T3, T4, T5 and T6 correspond respectively to the instants noted for a rotation at an angle of 105 °, 195 °, 255 ° and 300 ° from the angular position of the crankshaft 13 corresponding to the top dead center position of the piston 12 in the first cylinder 11.
  • the slopes of the segments defined by the instants T1, T2, T3, T4, T5 and T6 are chosen so that the integral of the curve defined by the following segments S1, S2, S3, S4, S5 be zero. This allows the positive part of the curve to be brought into phase with the positive part of the combustion.
  • linear segments makes it possible to simplify the calculations by using only additions and subtractions, which in particular makes it possible to avoid the use of corrective coefficients on the instants T1, T2, T3, T4, T5 and T6.
  • a clock (not shown) is integrated into the computer 30 so as to allow the reading of the instants T1, T2, T3, T4, T5 and T6 corresponding to each predetermined angular position of the crankshaft 13 .
  • the computer 30 is then configured to calculate three durations dO, d1, d2, corresponding to the three differences of times relating to the three non-zero slope segments, that is to say to the segments S1, S3, S5.
  • TQJnd k * (d0 - dl + d2) * N 3 with:
  • N engine speed [rpm] measured by means of the position sensor 16 of the toothed wheel 130.
  • the computer 30 thus makes it possible, as described above, to evaluate the combustion engine torque TQJnd.
  • the estimator designated second estimator, corresponds to a series of segments S1, S2, S3 connected by two inflection points 11, I2, the set of segments being located in the part of the theoretical motor torque TQ_T with zero or substantially zero value.
  • Such a second estimator further comprises an initial point A and an end point B.
  • Such a second estimator then makes it possible to directly determine the resistive load torque TQ_Load.
  • first segment S1 represents the estimate of the evolution of the torque TQ_T between the initial point A and the first inflection point 11
  • second segment S2 represents the estimate of the evolution of the torque TQ_T between the first inflection point 11 and the second inflection point I2
  • third segment S3 represents the estimate of the evolution of the torque TQ_T between the second inflection point I2 and the end point B.
  • each segment representing a variation in torque values, then has either a negative slope (segment S3), or a positive slope (segment S1), or a zero slope (segment S2). Since the segments of zero slope do not exhibit any variation in torque values, only the segments whose slope is not zero are, in this example, used to determine the load resistive torque TQ_Load.
  • the initial point A, the end point B and each inflection point 11, 12 correspond to a known position of the crankshaft 13 , that is to say correspond to a precise tooth of the toothed wheel 130 of the crankshaft 13.
  • each tooth of the toothed wheel 130 corresponds at a given time to from the start of the motor cycle CM.
  • the computer 30 is configured to read four instants T1, T2, T3, T4 depending on the engine 1 and the engine speed.
  • the instants T1, T2, T3 and T4 are respectively raised when the computer 30 detects the following positions of the crankshaft 13: the first instant T1 is raised for a rotation of an angle of 270 ° from the angular position of the crankshaft 13 corresponding to the top dead center of the piston 12 in the second cylinder 11; the instant T2 is raised for a rotation of an angle of 315 ° from the angular position of the crankshaft 13 corresponding to the top dead center of the piston 12 in the second cylinder 11; the instant T3 is raised for a rotation of an angle of 390 ° from the angular position of the crankshaft 13 corresponding to the top dead center of the piston 12 in the second cylinder 11; and the instant T4 is raised for a rotation of an angle of 435 ° from the angular position of the crankshaft 13 corresponding to the top dead center of the piston 12 in the second cylinder 11;
  • a clock (not shown) is integrated into the computer 30 so as to allow the reading of the instants T1, T2, T3, T4 corresponding to each angular position of the crankshaft 13 predetermined.
  • the computer 30 is then configured to calculate two durations dO, d 1, corresponding to the two differences of times relating to the two non-zero slope segments, that is to say to the segments S1, S3.
  • the resistive load torque TQ_Load is calculated in this example according to the following equation:
  • TQ_Load k * (dO— dl) * N 3
  • N engine speed in rpm (revolutions per minute) measured by means of the position sensor 16 of the toothed wheel 130.
  • TQioaa k * (T4 - T3 - T2 + Tl) N 3
  • the computer 30 thus allows, as described above, to directly evaluate the load resistive torque TQ_Load.
  • the estimator determined for calculating the torque combustion engine TQJnd corresponds to the first estimator described above (blades engaged or engaged).
  • the estimator is thus produced during a combustion phase of an engine cycle CM.
  • the computer 30 evaluates whether the blades of the mower are engaged or not, for example by means of a clutch sensor, then calculates, in a step E1, the load resistive torque TQ_Load, determines, in a step E2, from said calculated resistive load torque TQ_Load, a position of the actuator 23, so as to determine an angular position of the regulating butterfly valve 21, and controls, in a step E3, the actuator 23 in said position so as to control said engine speed.
  • step E0 If the computer detects in step E0 that the blades are engaged / engaged, the load resistive torque TQ_Load is evaluated both from the acceleration engine torque TQ_Acc, calculated from the speed of rotation of the crankshaft 13 and of the inertia of the engine 1, of the friction resistive torque TQ_Fr corresponding to a predetermined value, a function of the engine and of the combustion engine torque TQJnd.
  • step E1 the method comprises a first substep F1 for calculating the acceleration motor torque TQ_Acc, followed by a second substep F2 for determining the friction-resistant torque TQ_Fr .
  • Step E1 then comprises a sub-step F3 of determining a first torque estimator characterized by an initial point A, an end point B and one or more inflection points 11, I2, I3, I4 occurring at a plurality of instants, in this example six instants T1, T2, T3, T4, T5, T6,
  • the computer 30 correlates, in a sub-step F4, the initial point A, the end point B and each inflection point 11, I2, I3, I4 with an angular position of the crankshaft 13, and therefore with an instant T1, T2, T3, T4, T5, T6 given.
  • the computer 30 measures, in a sub-step F5, each time T1, T2, T3, T4, T5, T6 by means of a clock.
  • the clock transmits to the computer 30 every instant when one of the predetermined angular positions of the crankshaft 13 is detected by means of the position sensor 16.
  • the computer then calculates, in a sub-step F6, the combustion engine torque TQJnd from the instants T1, T2, T3, T4, T5 and T6 measured, as described above.
  • step E2 the computer 30 determines, from the calculated load resistive torque TQ_Load, a position of the actuator 23, so as to determine an angular position of the regulating butterfly 21.
  • the computer 30 then controls in step E3 the actuator 23 in the determined position so as to control the engine speed and anticipate runaway or collapse.
  • the angular position of the regulating butterfly valve 21 can be determined from a table with double inputs, depending on the engine speed and the load resistive torque TQ_Load.
  • a table can be created experimentally or theoretically and stored in the computer 30 of the vehicle. Once the engine speed is known and the load resistive torque TQ_Load calculated, the computer 30 can be configured to read directly from the table the value of the angular position of the regulating butterfly 21 and apply such an angular position, via a position of l actuator 23.
  • step E0 If the computer 30 detects in step E0 that the blades are not engaged, the computer 30 uses in step E1 a second estimator to evaluate the resistive load torque TQ_Load.
  • the method comprises an estimation of the load torque based on the taking into account of the remarkable instants T1, T2, T3, T4 of the second portion of the curve. More precisely, a second estimator is determined and a plurality of instants, in this example four instants T1, T2, T3, T4, are noted by the computer 30 by correlating the initial point A, the end point B and each point of inflection 11, I2 with an angular position of the crankshaft 13, and therefore with a given instant.
  • the instants T1, T2, T3, T4 are measured by means of a clock which transmits to the computer 30 each instant when one of the predetermined angular positions of the crankshaft 13 is detected by means of the position sensor 16.
  • the computer 30 determines, from the estimated load resistive torque TQ_Load and the engine rotation speed, a position of the actuator 23, so as to determine an angular position of the regulating butterfly 21.
  • the computer 30 then controls in step E3 the actuator 23 in the determined position so as to control the engine speed and anticipate runaway or collapse.
  • Such a method advantageously allows rapid and reactive adaptation of the engine speed, making it possible to anticipate, for example, a collapse of the engine speed, without waiting for the variation of such an engine speed to compensate for it.
  • the method according to the invention thus makes it possible to limit the fluctuations in engine speed, making it possible to limit the risks of damage to such an engine and, where appropriate, to the equipment powered by the engine.

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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de contrôle d'un régime d'un moteur thermique de véhicule, ledit moteur comprenant au moins une chambre de combustion, dans laquelle est injecté un mélange d'air et de carburant, et une boite à air, configurée pour injecter l'air dans ladite chambre de combustion et présentant un débit d'air contrôlé par un papillon de régulation, ledit papillon de régulation présentant une position angulaire variable, commandée par une position prédéterminée d'un actionneur. Le procédé comprend les étapes d'évaluation (E1) d'un couple résistant dit « de charge » résultant d'une pluralité de charges extérieures appliquées sur ledit moteur, de détermination (E2), à partir dudit couple résistant de charge calculé, d'une position dudit actionneur, de manière à déterminer une position angulaire du papillon de régulation, et de commande (E3) de ladite position de l'actionneur, de manière à contrôler ledit régime moteur.

Description

Procédé et système de contrôle d’un régime moteur de véhicule
L’invention se rapporte au domaine des moteurs thermiques, et concerne plus particulièrement un procédé de contrôle du régime d’un moteur thermique de véhicule fonctionnant à régime constant. L’invention vise en particulier à limiter les changements de régime moteur non souhaités, afin de limiter les risques d’endommagement du moteur ou de tout équipement qui serait alimenté électriquement par ledit véhicule.
De manière connue, un moteur thermique de véhicule comprend un ou plusieurs cylindres creux délimitant chacun une chambre de combustion dans laquelle est injecté un mélange d’air et de carburant. Ce mélange est compressé dans le cylindre par un piston et enflammé de manière à provoquer le déplacement du piston en translation à l’intérieur du cylindre.
Le déplacement des pistons dans chaque cylindre du moteur entraîne en rotation un arbre moteur appelé « vilebrequin » permettant, via un système de transmission, d’entrainer en rotation les roues du véhicule. La vitesse de rotation du vilebrequin définie le régime moteur du véhicule. En effet, plus le vilebrequin tourne à une vitesse de rotation élevée, plus le régime moteur est élevé.
L’air du mélange est injecté dans la chambre de combustion par l’intermédiaire d’une ou plusieurs soupapes d’admission, reliées chacune à un conduit d’admission d’air. De telles soupapes d’admission sont régulièrement ouvertes et fermées, de manière à permettre le passage d’une quantité prédéterminée d’air, provenant d’une boîte à air reliée en amont à une prise d’air extérieur et en aval à un ou plusieurs boîtiers comprenant au moins un clapet d’ouverture, communément désigné « papillon », monté rotatif autour d’un axe. Un tel boîtier, connu sous la désignation de « boîtier papillon », est configuré pour permettre l’admission d’air dans le conduit d’admission d’une chambre de combustion d’un cylindre du moteur.
Le papillon est configuré pour être ouvert ou fermé de manière à permettre le passage d’une quantité d’air en fonction de l’angle d’ouverture du papillon, un tel angle d’ouverture étant mesuré par un capteur de position angulaire connu sous la désignation TPS, signifiant « Throttle Position Sensor » en langue anglaise. A cette fin, le papillon est entraîné en rotation par un actionneur comprenant un moteur électrique commandé par le calculateur du véhicule et relié à une pluralité d’engrenages permettant d’entrainer le papillon en rotation autour de son axe.
De manière connue, lorsque le conducteur du véhicule appuie sur la pédale d’accélérateur, l’information est envoyée au calculateur du véhicule qui commande le moteur électrique du boîtier papillon de manière à contrôler l’ouverture du papillon. Une telle ouverture du papillon permet l’admission d’une quantité d’air plus importante dans la chambre de combustion. Le calculateur commande alors en parallèle le système d’injection de carburant du véhicule à partir de la lecture du débit d’air aspiré dans la chambre de combustion, mesuré au moyen d’un capteur de mesure de débit monté dans le boîtier papillon. En cas d’accélération, une quantité plus importante de carburant est injectée dans la chambre de combustion, entraînant alors une augmentation de la puissance du moteur. Dans le cas d’un véhicule automobile, le régime moteur fluctue en fonction par exemple de la vitesse du véhicule ou du couple nécessaire au moteur pour conserver sa vitesse, par exemple lorsque le véhicule est dans une montée.
Cependant, il est connu également des moteurs dont le régime doit rester constant pour fonctionner. En effet, de manière connue, un véhicule fonctionnant à régime constant, par exemple un générateur ou une tondeuse à gazon, doit conserver un régime régulier, de manière à limiter les disfonctionnements. A titre d’exemple, il convient de limiter les fluctuations de l’énergie fournie par un générateur, dont une augmentation peut entraîner l’endommagement des équipements connectés électriquement audit générateur. De même, dans le cas d’une tondeuse à gazon, il est nécessaire de contrôler le régime moteur afin d’éviter un fort ralentissement du moteur quand la tondeuse arrive par exemple dans des herbes hautes.
Pour cela, il est connu d’utiliser un système de régulation mécanique ou électronique afin pour permettre la régulation du régime moteur.
Certains moteurs sont par exemple équipés d’un carburateur, dont la fonction principale est de moduler la quantité de mélange et de carburant introduite dans la chambre de combustion. Pour cela, le carburateur est relié au vilebrequin par un ressort sous tension. Lorsque le régime moteur diminue, par exemple dans le cas d’une tondeuse arrivant dans les herbes hautes, le vilebrequin tourne à une vitesse plus faible et libère le ressort relié au carburateur, entraînant l’ouverture du papillon de régulation afin d’augmenter et de rétablir de nouveau le régime du moteur.
Cependant, de tels systèmes nécessitent que le régime moteur fluctue notablement pour fonctionner, ce qui présente un inconvénient majeur. En effet, lorsque les systèmes de régulation se mettent en fonctionnement, le régime s’est déjà écroulé. Aussi, la régulation du régime ne peut être instantanée et le régime moteur se rétablit progressivement, ce qui présente notamment des risques de détérioration du moteur.
Il est également connu d’utiliser un système de régulation électronique du papillon, par exemple des applications intégrées au calculateur du véhicule et configurées pour contrôler électroniquement la position angulaire du papillon, et donc pour réduire l’arrivée d’air dans la chambre de combustion, de manière à limiter le régime moteur. A titre d’exemple, lorsque le calculateur du véhicule détecte une augmentation du régime du moteur, l’application contrôle la fermeture du papillon de régulation de manière à limiter la quantité de mélange d’air et de carburant introduite dans la chambre de combustion et réduire ainsi le régime moteur.
Cependant, un délai de réponse est nécessaire pour que l’application soit activée et débute le contrôle de la position de l’actionneur, entraînant régulièrement un dépassement et des oscillations temporaires du régime moteur. Or, ce dépassement et ces oscillations peuvent présenter un risque d’usures prématurées du moteur, ce qui présente là encore des inconvénients importants.
De plus, les systèmes de régulation de l’art antérieur contrôlent le régime du moteur en commandant une position angulaire du papillon prédéterminée qui ne correspond pas nécessairement à la charge nécessaire pour rétablir le régime du moteur. De tels systèmes de régulation fonctionnent ainsi par tâtonnement en réajustant régulièrement la charge permettant de réguler le régime moteur en fonction de la réponse faite à la charge précédente. De telles étapes successives peuvent nécessiter un temps significativement long, ce qui augmente les risques d’endommager le moteur.
L’invention a donc pour but de remédier au moins en partie à ces inconvénients en proposant une solution simple, fiable, efficace et rapide du contrôle du régime moteur.
L’invention vise en particulier un procédé permettant de s’adapter rapidement à l’application d’une charge extérieure appliquée sur moteur et qui en modifie le régime.
Un objectif est d’évaluer la charge appliquée au moteur et de réagir directement à l’ouverture du papillon, en fournissant le couple moteur de combustion (couple indiqué) et en évitant d’attendre un écart de régime.
Un autre objectif est de réduire voire d’éviter les phénomènes de pompage lorsque la charge moteur disparaît ou est réduite fortement.
A cette fin, l’invention a tout d’abord pour objet un procédé de contrôle d’un régime d’un moteur thermique de véhicule, destiné à fonctionner à un régime constant, ledit moteur comprenant au moins une chambre de combustion, dans laquelle est injecté un mélange d’air et de carburant, et une boite à air, configurée pour injecter l’air dans ladite chambre de combustion et présentant un débit d’air contrôlé par un papillon de régulation, ledit papillon de régulation présentant une position angulaire variable, commandée par une position prédéterminée d’un actionneur, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes de :
• évaluation d’un couple résistant dit « de charge » résultant d’au moins une charge extérieure (notamment une pluralité de charges extérieures) appliquée audit moteur, de manière à compenser ledit couple résistant de charge, • détermination, à partir dudit couple résistant de charge évalué, d’une position dudit actionneur de manière à déterminer une position angulaire du papillon de régulation, et
• commande de l’actionneur dans la position déterminée à partir dudit couple résistant de charge évalué, de manière à contrôler ledit régime du moteur constant, afin d’éviter de brusques variations dudit régime du moteur,
ledit procédé comprenant en outre les étapes suivantes :
• détermination préalable d’une courbe du couple moteur dit « théorique » dû à la combustion dans la chambre de combustion au cours du cycle moteur, représentant l’évolution d’un cycle moteur complet comprenant au moins une phase de combustion, ladite courbe comportant :
- une première portion comprenant ladite au moins une phase de combustion, représentative d’une variation du couple au cours de la phase de combustion, pour le calcul d’un couple moteur de combustion, et
- une deuxième portion ne comprenant pas ladite au moins une phase de combustion, représentative du couple résistant de charge pour une évaluation de ce dernier.
Le procédé selon l’invention permet avantageusement d’anticiper un éventuel écroulement du régime moteur, en commandant une position angulaire anticipée du papillon de régulation, permettant de compenser un tel écroulement au moment où celui- ci survient. Par exemple, il permet au contrôle moteur, en définissant des traitements distincts du contrôle moteur si le moteur est essentiellement en charge, par exemple lames embrayées sur une tondeuse, ou essentiellement pas en charge, par exemple lames débrayées sur le cas d’une tondeuse, et grâce à la division de la courbe théorique de référence de couple comme défini, à la fois de mieux réagir en cas de variation brutale de charge, par exemple sur la ou les lames de coupe, en évitant un écroulement ou un emballement du régime moteur, et de réduire voire d’éviter un phénomène dit de pompage lorsque le moteur n’est pas en charge ou supporte une charge faible, par exemple la ou les lames de coupes sont débrayées dans le cas d’une tondeuse.
De préférence, le procédé selon l’invention comprend en outre les étapes suivantes :
• détermination d’un premier estimateur à partir de ladite courbe d’évolution du couple moteur théorique, correspondant à une suite de segments reliés par une pluralité de points d’inflexion, chaque segment étant représentatif d’une variation de valeurs du couple moteur théorique au cours d’une phase de combustion dans une chambre de combustion, et comprenant en outre un point initial et un point final, pour le calcul du couple moteur de combustion,
• détermination d’un deuxième estimateur à partir de ladite courbe d’évolution du couple moteur théorique, correspondant à une suite de segments reliés par deux points d’inflexion, chaque segment étant situé dans une zone de couple nul ou sensiblement nul de la courbe d’évolution du couple moteur théorique, et comprenant un point initial et un point final, pour évaluer le couple résistant de charge.
L’utilisation de segments linéaires permet de simplifier les calculs en utilisant seulement des additions et des soustractions, ce qui permet notamment d’éviter l’utilisation de coefficients correctifs sur des instants correspondant à des positions angulaires déterminées du vilebrequin définissant lesdits points.
De préférence, l’étape d’évaluation du couple résistant de charge comprend les sous-étapes de :
• calcul d’un couple moteur dit « d’accélération » résultant d’une accélération du moteur,
• détermination d’un couple résistant dit « de frottement » résultant d’une pluralité de frottements dans le moteur,
• calcul dudit couple moteur de combustion résultant de la combustion dudit mélange d’air et de carburant dans ladite au moins une chambre de combustion, et
• calcul du couple résistant de charge à partir du couple moteur de combustion, du couple moteur d’accélération et du couple résistant de frottement.
De manière préférée, ledit moteur comprenant un vilebrequin caractérisé par une position angulaire à partir d’une position de référence, ladite au moins une chambre de combustion présentant une phase de combustion, le calcul du couple moteur de combustion comprend les étapes de :
• détermination d’un premier estimateur à partir de la courbe dudit couple moteur théorique, ledit premier estimateur correspondant à une suite de segments, reliés entre eux entre un point initial et un point final, et caractérisée par une pluralité de points remarquables, chaque segment étant représentatif d’une variation de valeurs du couple au cours de la phase de combustion, ladite pluralité de points remarquables comprenant le point initial, une pluralité de points d’inflexion reliant les segments entre eux et le point final,
• corrélation entre le point initial, chaque point d’inflexion et le point final et une position angulaire du vilebrequin, • mesure d’une pluralité d’instants, chaque instant correspondant à une position angulaire du vilebrequin, et
• calcul du couple moteur de combustion, à partir de ladite pluralité d’instants mesurés.
De telles étapes du calcul du couple moteur de combustion, permettent un calcul réaliste du couple moteur de combustion, réalisé de manière simple au moyen du capteur connu permettant la détermination de la position du vilebrequin.
Selon un aspect préféré de l’invention, le moteur présentant un cycle moteur complet comprenant au moins une phase de combustion, ladite courbe du couple moteur théorique représentant l’évolution du cycle moteur complet, la détermination dudit premier estimateur est réalisée pour une première portion de ladite courbe du couple moteur théorique comprenant ladite au moins une phase de combustion, de manière à déterminer ledit premier estimateur de ladite première portion de courbe du couple moteur théorique.
De préférence, la première portion de courbe du couple moteur théorique comprenant le point initial, quatre points d’inflexion et le point final, le premier estimateur dépend de six instants et permet le calcul du couple moteur de combustion à partir d’une première équation s’écrivant de la manière suivante :
TQJnd = k * (T6 - T5 - T\ + G3 + T2 - Tl) * N3
dans laquelle :
• k est un facteur dépendant de l’inertie du moteur thermique,
• N [rpm] correspond à un régime moteur mesuré au moyen de la position angulaire du vilebrequin au cours du cycle moteur,
• T 1 [ms] correspondant à l’instant du point initial du premier estimateur,
• T2 à T5 [ms] correspondant respectivement aux instants des quatre points d’inflexion depuis le point initial jusqu’au point final du premier estimateur, et
• T6 [ms] correspondant à l’instant du point final du premier estimateur.
Un tel calcul permet avantageusement la détermination du couple moteur de combustion au moyen d’un calcul simple dépendant d’une pluralité d’instants pouvant être déterminés au moyen d’une horloge intégrée au calculateur et déclenché pour une position précise du vilebrequin.
De manière alternative, le moteur présentant un cycle moteur complet comprenant au moins une phase de combustion, ladite courbe du couple moteur théorique représentant l’évolution du cycle moteur complet, le calcul du couple résistant de charge est réalisé pour une deuxième portion de ladite courbe du couple moteur théorique ne comprenant pas ladite au moins une phase de combustion et comprend une estimation, à partir d’un deuxième estimateur, d'un couple résistant de charge basé sur la prise en compte des instants remarquables de ladite deuxième portion de courbe du couple moteur théorique, et une détermination de la position de l'actionneur en fonction de ce couple résistant de charge estimé et du régime de rotation moteur.
Selon un aspect préféré de l’invention, dans ce mode alternatif de réalisation, la deuxième portion de courbe du couple moteur théorique comprenant, en tant qu’instants remarquables, le point initial, deux points d’inflexion et le point final, le deuxième estimateur dépend de quatre instants et permet le calcul du couple résistant de charge à partir d’une deuxième équation s’écrivant de la manière suivante :
TQ_Load = k * (T4 - T3 - T2 + Tl) N3
dans laquelle :
• k est un facteur dépendant de l’inertie du moteur thermique,
• N correspond à un régime moteur mesuré au moyen de la position angulaire du vilebrequin au cours du cycle moteur, et
• T 1 correspondant à l’instant du point initial du deuxième estimateur,
• T2 et T3 correspondant respectivement aux instants des deux points d’inflexion depuis le point initial jusqu’au point final du deuxième estimateur, et
• T4 correspondant à l’instant du point final du deuxième estimateur.
Un tel calcul permet avantageusement la détermination directe du couple résistant de charge au moyen d’un calcul simple dépendant d’une pluralité d’instants pouvant être déterminés au moyen d’une horloge intégrée au calculateur et déclenché pour une position précise du vilebrequin.
Alternativement, de manière avantageuse, la position angulaire du papillon de régulation est déterminée à partir d’une table à double entrées, dépendant du régime moteur et du couple résistant de charge. Un tel mode de réalisation alternatif permet avantageusement d’anticiper une position angulaire du papillon de régulation par simple détermination d’une telle position angulaire à partir du régime moteur connu et du couple résistant de charge.
De préférence, le couple résistant de frottement correspond à une valeur de couple prédéterminée.
L’invention a également pour objet un calculateur de véhicule, ledit véhicule comprenant un moteur thermique destiné à fonctionner à un régime constant, ledit moteur thermique comprenant au moins une chambre de combustion, dans laquelle est injecté un mélange d’air et de carburant, et une boite à air, configurée pour injecter l’air dans ladite chambre de combustion et présentant un débit d’air contrôlé par un papillon de régulation, ledit papillon de régulation présentant une position angulaire variable, commandée par une position prédéterminée d’un actionneur, ledit calculateur étant configuré pour : • évaluer un couple résistant dit « de charge » résultant d’une pluralité de charges extérieures appliquées sur ledit moteur,
• déterminer, à partir dudit couple résistant de charge évalué, une position dudit actionneur, de manière à déterminer une position angulaire du papillon de régulation, et
• commander l'actionneur dans la position déterminée à partir dudit couple résistant de charge évalué, de manière à réguler le régime moteur constant,
• déterminer préalablement une courbe du couple moteur dit « théorique » dû à la combustion dans la chambre de combustion au cours du cycle moteur, représentant l’évolution d’un cycle moteur complet comprenant au moins une phase de combustion, ladite courbe comportant :
- une première portion comprenant ladite au moins une phase de combustion, représentative d’une variation du couple au cours de la phase de combustion, pour le calcul d’un couple moteur de combustion, et
- une deuxième portion ne comprenant pas ladite au moins une phase de combustion, représentative du couple résistant de charge pour une évaluation de ce dernier.
Selon un aspect de l’invention, le calculateur est configuré pour :
· déterminer un premier estimateur à partir de ladite courbe d’évolution du couple moteur théorique, correspondant à une suite de segments reliés par une pluralité de points d’inflexion, chaque segment étant représentatif d’une variation de valeurs du couple moteur théorique au cours d’une phase de combustion dans une chambre de combustion, et comprenant un point initial et un point final, pour le calcul du couple moteur de combustion,
• déterminer un deuxième estimateur à partir de ladite courbe d’évolution du couple moteur théorique, correspondant à une suite de segments reliés par deux points d’inflexion, chaque segment étant situé dans une zone de couple nul ou sensiblement nul de la courbe d’évolution du couple moteur théorique, et comprenant un point initial et un point final, pour évaluer le couple résistant de charge.
De manière préférée, ledit moteur comprenant un vilebrequin caractérisé par une position angulaire à partir d’une position de référence, ladite au moins une chambre de combustion présentant une phase de combustion, afin de calculer le couple moteur de combustion, le calculateur est configuré pour : • déterminer un premier estimateur à partir de ladite courbe d’évolution du couple moteur théorique, l’estimateur correspondant à une suite de segments, reliés entre eux entre un point initial et un point final, et caractérisée par une pluralité de points remarquables, chaque segment étant représentatif d’une variation de valeurs du couple au cours de la phase de combustion, ladite pluralité de points remarquables comprenant le point initial, une pluralité de points d’inflexion reliant les segments entre eux et le point final,
• corréler le point initial, chaque point d’inflexion et le point final avec une position angulaire du vilebrequin,
· mesurer une pluralité d’instants, chaque instant correspondant à une position angulaire du vilebrequin, et
• calculer le couple moteur de combustion à partir de ladite pluralité d’instants mesurés.
Selon un aspect préféré de l’invention, le moteur présentant un cycle moteur complet comprenant au moins une phase de combustion, ladite courbe du couple moteur théorique représentant l’évolution du cycle moteur complet, le calculateur est configuré pour déterminer ledit premier estimateur pour une première portion de ladite courbe du couple moteur théorique comprenant ladite au moins une phase de combustion, de manière à permettre la détermination dudit premier estimateur de ladite première portion de courbe du couple moteur théorique.
De préférence, la première portion de courbe du couple moteur théorique comprenant le point initial, quatre points d’inflexion et le point final, le calculateur est configuré pour déterminer le premier estimateur à partir de six instants et pour calculer le couple moteur de combustion (TQJnd) à partir d’une première équation s’écrivant de la manière suivante :
TQJnd = k * (T6 - T5 - T\ + G3 + T2 - T 1) * N3
dans laquelle :
• k est un facteur dépendant de l’inertie du moteur thermique,
• N correspond à un régime moteur mesuré au moyen de la position angulaire du vilebrequin au cours du cycle moteur,
• T 1 correspondant à l’instant du point initial du premier estimateur,
• T2 à T5 correspondant respectivement aux instants des quatre points d’inflexion depuis le point initial jusqu’au point final du premier estimateur, et
• T6 correspondant à l’instant du point final du premier estimateur.
De manière alternative, le moteur présentant un cycle moteur complet comprenant au moins une phase de combustion, ladite courbe du couple moteur théorique représentant l’évolution du cycle moteur complet, le calculateur est configuré pour déterminer un deuxième estimateur pour une deuxième portion de ladite courbe du couple moteur théorique ne comprenant pas ladite au moins une phase de combustion.
Selon un aspect préféré de l’invention, dans ce mode alternatif de réalisation, la deuxième portion de courbe du couple moteur théorique comprenant le point initial, deux points d’inflexion et le point final, le calculateur est configuré pour déterminer le deuxième estimateur à partir de quatre instants et pour calculer le couple résistant de charge TQ_Load à partir d’une deuxième équation s’écrivant de la manière suivante :
TQ_Load = k * (T4 - T3 - T2 + Tl) N3
dans laquelle :
• k est un facteur dépendant de l’inertie du moteur thermique,
• N correspond à un régime moteur mesuré au moyen de la position angulaire du vilebrequin au cours du cycle moteur, et
• T 1 correspondant à l’instant du point initial du deuxième estimateur,
• T2 et T3 correspondant respectivement aux instants des deux points d’inflexion depuis le point initial jusqu’au point final du deuxième estimateur, et
• T4 correspondant à l’instant du point final du deuxième estimateur.
Un tel calcul permet avantageusement la détermination du couple résistant de charge au moyen d’un calcul simple dépendant d’une pluralité d’instants pouvant être déterminés au moyen d’une horloge intégrée au calculateur et déclenché pour une position précise du vilebrequin.
Alternativement, de manière avantageuse, le calculateur est configuré pour déterminer la position angulaire du papillon de régulation à partir d’une table à double entrées, dépendant du régime moteur et du couple résistant de charge.
Avantageusement, le calculateur est configuré pour calculer le couple moteur d’accélération à partir de l’inertie et du régime moteur moyen dudit moteur thermique.
De préférence, le calculateur est configuré pour déterminer le couple résistant de frottement à partir d’une valeur de couple prédéterminée.
L’invention concerne en outre un véhicule comprenant un moteur, présentant un régime moteur constant, et un calculateur tel que décrit précédemment.
Enfin, l’invention concerne un générateur électrique comprenant un moteur, présentant un régime moteur constant, et un calculateur tel que décrit précédemment.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La figure 1 illustre schématiquement un moteur thermique et un papillon de régulation d’une boite à air d’un tel moteur thermique.
La figure 2 est une vue schématique des échanges de messages et de signaux entre le calculateur et le moteur du véhicule.
La figure 3 représente l’évolution du couple moteur dit « théorique » dans une chambre à combustion.
La figure 4 illustre un premier estimateur de l’évolution du couple moteur de la figure 3.
La figure 5 illustre un deuxième estimateur de l’évolution du couple de charge de la figure 3.
La figure 6 illustre schématiquement un mode de réalisation du procédé selon l’invention.
Le système et le procédé selon l’invention sont présentés ci-après en vue d’une mise en oeuvre dans un générateur ou une tondeuse à gazon. Cependant, toute mise en oeuvre dans un contexte différent, en particulier pour tout véhicule comprenant un moteur dont le régime doit être constant, est également visée par l’invention.
Comme décrit précédemment, en référence à la figure 1 , un véhicule, de type tondeuse à gazon par exemple, comprend un moteur 1 thermique comprenant au moins un cylindre 11 creux, dans cet exemple un unique cylindre 1 1 délimitant une chambre de combustion 11A dans laquelle coulisse un piston 12, dont le mouvement est entraîné par compression et détente des gaz issus de la combustion d’un mélange d’air et de carburant introduit dans la chambre de combustion 1 1A. Le piston 12 est relié à un vilebrequin 13, qui, entraîné en rotation par le mouvement de montée et de descente du piston 12, permet l’entrainement du moteur 1 du véhicule.
La vitesse de rotation du vilebrequin 13 définit le régime moteur du véhicule, c’est-à-dire le nombre de rotations par minute effectuées par le vilebrequin 13 lorsque le moteur 1 est en fonctionnement. Dans le cas d’une tondeuse à gazon ou d’un générateur par exemple, il convient qu’un tel régime moteur soit constant. Aussi, le couple du moteur 1 doit être adapté pour que le régime reste inchangé quelles que soient les conditions extérieures. En effet, le couple du moteur 1 correspond à la force que le moteur 1 doit fournir par exemple pour que le vilebrequin 13 tourne à la vitesse de rotation souhaitée, c’est-à-dire dans ce cas, au régime constant prédéfini.
La mesure de la vitesse de rotation du vilebrequin 13 est déterminée à partir de la position angulaire d’un tel vilebrequin 13. Afin de connaître une telle position angulaire, toujours en référence à la figure 1 , le vilebrequin 13 comprend une roue dentée 130 comportant un nombre prédéterminé de dents espacées régulièrement, ainsi qu’un espace libre de dents correspondant à une position de référence du vilebrequin 13. Une telle roue dentée 130 étant connue en soi, elle ne sera pas davantage détaillée ici.
Un capteur de position 16 est monté en regard de la roue dentée 130 de manière à permettre à la fois la détection de la position de référence et le décompte du nombre de dents défilant devant le capteur de position 16 depuis une telle position de référence. Plus précisément, le capteur de position 16 délivre un signal représentatif du passage des dents qui permet au calculateur 30 de déterminer la position angulaire de 0° à 360° du vilebrequin 13.
Pour rappel, dans un tel moteur 1 , l’air et le carburant sont respectivement introduits et expulsés via des soupapes d’admission 14A et des soupapes d’échappement 14B, reliés à un arbre à cames 15. L’arbre à cames 15, mis en rotation, permet alternativement l’ouverture et la fermeture des soupapes d’admission 14A et d’échappement 14B, coulissant respectivement dans un conduit d’admission 16A et un conduit d’échappement 16B. Chaque conduit d’admission 16A permet le passage de l’air depuis un système d’admission d’air jusque dans la chambre de combustion 1 1A du cylindre 11.
Pour cela, le système d’admission d’air comprend un boîtier papillon 20 relié à une boîte à air 22. La boîte à air 22 est configurée pour aspirer un flux d’air provenant en amont de l’extérieur du véhicule et l’introduire dans le conduit d’admission 16A d’air relié à la chambre de combustion 11 A.
Afin de réguler le débit du flux d’air, toujours en référence à la figure 1 , le boîtier papillon 20 comprend un papillon de régulation 21 , se présentant sous la forme d’un clapet obturateur, configuré pour autoriser ou stopper le passage de l’air. L’invention est décrite, dans cet exemple, pour un boîtier papillon 20 comprenant un unique papillon de régulation 21 , cependant il va de soi, que le boîtier papillon 20 pourrait en comprendre un nombre différent, notamment dans le cas d’un moteur 1 comprenant une pluralité de chambres de combustion 1 1A et donc une pluralité de conduits d’admission 16A.
Afin de permettre la régulation du débit du flux d’air, le papillon de régulation 21 est monté rotatif autour d’un axe et est configuré pour évoluer entre une position d’ouverture, dans laquelle le débit d’air dans le boîtier papillon 20 est maximal, et une position de fermeture, dans laquelle un tel débit d’air est nul.
La position du papillon de régulation 21 est entraîné en rotation par un actionneur 23 comprenant un moteur électrique commandé par le calculateur 30 du véhicule et relié à une pluralité d’engrenages permettant d’entrainer le papillon de régulation 21 en rotation autour de son axe.
Dans le cas d’un moteur 1 fonctionnant à régime constant, l’invention permet avantageusement de contrôler, en avance de phase, la position de l’actionneur 23, de manière à contrôler la position angulaire du papillon de régulation 21 , dans le but de limiter les fluctuations du régime moteur. L’invention permet en effet, de prévenir les fluctuations du régime moteur, en anticipant le contrôle de la position angulaire du papillon de régulation 21.
Pour cela, le véhicule comprend un calculateur 30 configuré pour permettre la mise en oeuvre du procédé selon l’invention.
En effet, selon une forme de réalisation préférée de l’invention, le calculateur 30 du véhicule est configuré pour évaluer un couple résistant dit « de charge » noté TQ_Load, résultant d’une pluralité de charges extérieures appliquées sur ledit moteur 1 , dans le but de compenser une telle charge extérieure. Dans l’exemple de la tondeuse à gazon, lorsque celle-ci arrive par exemple dans des herbes hautes, l’augmentation de la hauteur et donc de la densité des herbes à couper provoquerait l’écroulement du régime moteur. La détermination du couple résistant de charge TQ_Load permet avantageusement d’anticiper un tel écroulement, en commandant une position angulaire anticipée du papillon de régulation 21 , permettant de compenser un tel écroulement avant que celui-ci ne survienne.
Le calculateur 30 est alors en outre configuré pour déterminer, à partir du couple résistant de charge TQ_Load évalué, une position de l’actionneur 23, de manière à déterminer une position angulaire du papillon de régulation 21 , et pour commander une telle position de l’actionneur 23, de manière à permettre la régulation du régime moteur.
Le couple résistant de charge TQ_Load est, selon une forme de réalisation préférée de l’invention, évalué de la manière suivante :
TQioad = TQJnd TQ_Fr TQ_Acc
avec :
• TQJnd [N.m] : couple moteur dit « de combustion » résultant de la combustion du mélange d’air et de carburant dans la chambre de combustion 1 1A,
• TQ_Fr [N.m] : couple moteur dit « de frottement » résultant d’une pluralité de frottements agissant dans le moteur 1 ,
• TQ_Acc [N.m] : couple moteur dit « d’accélération » résultant d’une accélération du moteur 1.
Aussi, afin d’évaluer le couple résistant de charge TQ_Load, le calculateur 30 est configuré à la fois pour calculer le couple moteur d’accélération TQ_Acc, déterminer le couple résistant de frottement TQ_Fr et calculer le couple moteur de combustion TQJnd.
Pour cela, en référence à la figure 2, le calculateur 30 est configuré pour recevoir du capteur de position 16 de la roue dentée 130 du vilebrequin 13, un signal représentatif du passage des dents permettant au calculateur 30 de déterminer la position angulaire de 0° à 360° du vilebrequin 13 à partir de la détection de la position de référence. Le calculateur 30 est alors configuré pour déterminer la vitesse de rotation du vilebrequin 13 à partir de l’évolution de la position angulaire dudit vilebrequin 13 pendant une durée prédéterminée.
En outre, l’inertie du moteur 1 étant prédéterminée et connue, le calculateur 30 est configuré pour déterminer le couple moteur d’accélération TQ_Acc, à partir de la vitesse de rotation du vilebrequin 13 et de l’inertie du moteur 1. Selon un exemple de réalisation, le calculateur 30 est configuré pour calculer le couple moteur d’accélération TQ_Acc à partir de l’équation suivante :
Figure imgf000016_0001
avec :
• J : inertie du moteur en kg.m2
• JN : inertie du moteur en N.m/rpm2
•
Figure imgf000016_0002
: accélération du vilebrequin en rad/s2
• N : régime moteur (Nn et Nn-i représentant le régime moteur à un tour n et à un tour n-1 du vilebrequin) en rpm.
Le couple résistant de frottement TQ_Fr représente le couple moteur résultant d’une pluralité de frottements agissant dans le moteur 1 et correspond dans cet exemple à un terme connu prédéterminé. Le calculateur 30 est en effet configuré par exemple pour stocker une telle valeur de couple résistant de frottement TQ_Fr de manière à intégrer directement la valeur dans le calcul du couple résistant de charge TQ_Load.
De plus, afin de déterminer le couple moteur de combustion TQJnd, le calculateur 30 est configuré pour :
• déterminer un premier estimateur à partir d’une courbe d’évolution d’un couple moteur théorique TQ_T, le premier estimateur correspondant à une suite de segments reliés par une pluralité de points d’inflexion, chaque segment étant représentatif d’une variation de valeurs du couple au cours d’une phase de combustion du cycle moteur, le premier estimateur comprenant en outre un point initial et un point final,
• réaliser une corrélation entre le point initial, chaque point d’inflexion et le point final et une position angulaire du vilebrequin 13,
• mesurer une pluralité d’instants, chaque instant correspondant à une position angulaire du vilebrequin 13, et
• calculer le couple moteur de combustion TQJnd à partir des instants mesurés. En effet, la figure 3 représente un exemple d’évolution théorique du couple moteur TQ_T dû à la combustion du mélange d’air et de carburant dans la chambre de combustion 11. L’exemple représenté sur la figure 3 illustre une telle évolution pour un moteur 1 comprenant deux cylindres 11 et donc deux chambres de combustion 11 A. Aussi, les deux phases de pics négatifs P1 , P3 représentés sur la courbe illustrent respectivement la compression du mélange d’air et de carburant dans la première chambre de combustion 1 1A (P1 ) et la compression du mélange d’air et de carburant dans la deuxième chambre de combustion 11A (P3), et les deux phases de pics positifs P2, P4 d’évolution représentés sur la courbe illustrent respectivement la combustion d’un tel mélange dans la première chambre de combustion 11A (P2), et la combustion d’un tel mélange dans la deuxième chambre de combustion 11 A (P4).
Dans cet exemple, un cycle moteur CM, c’est-à-dire la combustion du mélange d’air et de carburant dans les deux chambres de combustion 11A du moteur 1 , comprend ainsi deux phases de combustion et est réalisé pour un quart de tour du vilebrequin 13, c’est-à-dire une rotation de 90° dudit vilebrequin 13.
Cette courbe d’évolution du couple moteur TQ_T dit théorique, représentée la figure 3 est connue et peut être avantageusement prédéterminée ou déterminée préalablement. La courbe d’évolution du couple moteur TQ_T peut être obtenue de manière connue, soit de préférence théorique à partir des équations de combustion, mais aussi de manière alternative par mesure du couple lors d’une calibration préalable du moteur, par exemple à partir d’un capteur de pression placé dans chaque chambre de combustion du moteur et d’une transformée en couple moteur, pendant un cycle moteur CM complet. Ce couple a été qualifié dans le présent mémoire de « théorique » pour la préférence de son obtention par la voie théorique ; il est clair que s’il est mesuré, il n’est plus « théorique » au sens rigoureux du terme mais garde son caractère de référence. La solution de la mesure de ce couple est tout à fait envisageable pour une application du procédé selon l’invention.
La courbe du couple moteur théorique TQ_T, déterminée de manière préalable comme expliqué plus haut, et représenté sur la figure 3 comprend :
• une première portion comprenant ladite au moins une phase de combustion, représentative d’une variation du couple au cours de la phase de combustion, pour le calcul du couple moteur de combustion TQJnd, et
• une deuxième portion ne comprenant pas ladite au moins une phase de combustion, représentative du couple résistant de charge TQ_Load pour une évaluation de ce dernier. En référence aux figures 4 et 5, le calculateur 30 est configuré pour déterminer respectivement un premier et un deuxième estimateurs à partir d’une telle évolution. Selon une forme de réalisation préférée, le premier estimateur est par exemple réalisé à partir de la convolution à moyenne nulle de la courbe représentant l’évolution du couple TQ_T théorique dans la chambre de combustion 11 A. En effet, le produit de convolution de l’évolution du couple TQ_T dans la chambre de combustion 11A est proportionnel au couple moteur de combustion TQJnd. Un tel produit de convolution est connu en soi et ne sera pas décrit plus en détails dans ce document.
De manière préférée, deux modes de réalisation peuvent être mis en oeuvre par le calculateur décrit ci-avant. Dans l’exemple de la tondeuse à gazon, ces deux modes de réalisation correspondent respectivement à une tondeuse dont les lames sont engagées ou embrayées (première forme de réalisation), c’est-à-dire que des efforts extérieurs sont appliqués sur la lame et donc sur le moteur, et à une tondeuse dont les lames sont libres ou débrayées (deuxième forme de réalisation), c’est à dire non- engagées ou encore qu’aucun effort extérieur provenant de la ou les lames de coupe ne s’applique sur le moteur.
Selon le premier mode de réalisation, en référence à la figure 4, l’estimateur, désigné premier estimateur, correspond à une suite de segments S1 , S2, S3, S4, S5 reliés par une pluralité de points d’inflexion 11 , I2, I3, I4, chaque segment étant représentatif d’une variation de valeurs du couple au cours d’une phase de combustion dans une chambre de combustion 1 1A (c’est-à-dire au cours des phases P1 et P2 par exemple). Un tel premier estimateur comprend en outre un point initial A et un point final B.
Aussi, le premier segment S1 représente l’estimation de l’évolution du couple TQ_T dans la première chambre de combustion 11A entre le point initial A et le premier point d’inflexion 11 ; le deuxième segment S2 représente l’estimation de l’évolution du couple TQ_T entre le premier point d’inflexion 11 et le deuxième point d’inflexion I2 ; le troisième segment S3 représente l’estimation de l’évolution du couple TQ_T entre le deuxième point d’inflexion I2 et le troisième point d’inflexion I3 ; le quatrième segment S4 représente l’estimation de l’évolution du couple TQ_T entre le troisième point d’inflexion I3 et le quatrième point d’inflexion I4 ; et le cinquième segment S5 représente l’estimation de l’évolution du couple TQ_T dans la première chambre de combustion 11 A entre le quatrième point d’inflexion I4 et le point final B.
Chaque segment, représentant une variation de valeurs du couple, présente alors soit une pente négative (segment S3), soit une pente positive (segments S1 et S5), soit une pente nulle (segments S2 et S4). Selon un exemple de réalisation, puisque les segments de pente nulle de présentent pas de variation de valeurs de couple, seuls les segments dont la pente n’est pas nulle sont utilisés pour déterminer le couple moteur de combustion TQJnd.
Pour cela, un tel premier estimateur étant réalisé pour une phase de combustion d’un cycle moteur CM, le point initial A, le point final B et chaque point d’inflexion 11 , I2, I3, I4 correspondent à une position angulaire connue du vilebrequin 13. La vitesse de rotation du moteur 1 et donc du vilebrequin 13 étant connue, chaque dent de la roue dentée 130, c’est-à-dire chaque position angulaire correspond à un instant donné à partir du début du cycle moteur CM. Aussi, le calculateur 30 est configuré pour relever six instants T 1 , T2, T3, T4, T5 et T6 dépendants du moteur 1 et du régime moteur.
A titre d’exemple, pour un moteur bicylindre, dans lequel les deux cylindres sont décalés d’une rotation de 90° du vilebrequin 13, les instants T1 , T2, T3, T4, T5 et T6 sont respectivement relevés lorsque le calculateur 30 détecte les positions suivantes du vilebrequin 13 : le premier instant T1 correspond à la position angulaire du vilebrequin 13 à laquelle le piston 12 du premier cylindre 1 1 passe en position haute, désignée point mort haut, et l’instant T2 est relevé pour une rotation d’un angle de 45° à partir de la position angulaire du vilebrequin 13 correspondant au point mort haut du piston 12 dans la premier cylindre 11. De manière similaire, les instants T3, T4, T5 et T6 correspondent respectivement aux instants relevés pour une rotation d’un angle de 105°, 195°, 255° et 300° à partir de la position angulaire du vilebrequin 13 correspondant à la position de point mort haut du piston 12 dans le premier cylindre 11.
De manière avantageuse, les pentes des segments définis par les instants T1 , T2, T3, T4, T5 et T6 sont choisis de telle manière que l’intégrale de la courbe définie par la suite de segments S1 , S2, S3, S4, S5 soit nulle. Cela permet de mettre en phase la partie positive de la courbe avec la partie positive de la combustion.
L’utilisation de segments linéaires permet de simplifier les calculs en utilisant seulement des additions et des soustractions, ce qui permet notamment d’éviter l’utilisation de coefficients correctifs sur les instants T1 , T2, T3, T4, T5 et T6.
Selon une forme de réalisation préférée de l’invention, une horloge (non représentée) est intégrée au calculateur 30 de manière à permettre le relevé des instants T1 , T2, T3, T4, T5 et T6 correspondant à chaque position angulaire du vilebrequin 13 prédéterminée.
Le calculateur 30 est alors configuré pour calculer trois durées dO, d1 , d2, correspondant aux trois différences d’instants relatives aux trois segments de pentes non nulles, c’est-à-dire au segments S1 , S3, S5.
A partir de ces durées et donc de ces instants, le couple moteur de combustion TQJnd est calculé dans cet exemple selon l’équation suivante :
TQJnd = k * (d0 - dl + d2) * N3 avec :
• k : facteur connu dépendant de l’inertie du moteur,
• dO : durée [ms] du premier segment S1 présentant une pente positive, c’est-à- dire durée entre les instants T 1 et T2,
• d1 : durée [ms] du troisième segment S3 présentant une pente négative, c’est-à- dire durée entre les instants T3 et T4,
• d2 : durée [ms] du cinquième segment S5 présentant une pente positive, c’est-à- dire durée entre les instants T5 et T6, et
• N : régime moteur [rpm] mesuré au moyen du capteur de position 16 de la roue dentée 130.
Aussi une telle équation peut également s’écrire de la manière suivante : soit
Figure imgf000020_0001
Le calculateur 30 permet ainsi comme décrit précédemment d’évaluer le couple moteur de combustion TQJnd.
Dans la deuxième forme de réalisation, en référence à la figure 5, l’estimateur, désigné deuxième estimateur, correspond à une suite de segments S1 , S2, S3 reliés par deux points d’inflexion 11 , I2, l’ensemble des segments étant situé dans la partie du couple moteur théorique TQ_T à valeur nulle ou sensiblement nulle. Un tel deuxième estimateur comprend en outre un point initial A et un point final B. Un tel deuxième estimateur permet alors de déterminer directement le couple résistant de charge TQ_Load.
Aussi, le premier segment S1 représente l’estimation de l’évolution du couple TQ_T entre le point initial A et le premier point d’inflexion 11 ; le deuxième segment S2 représente l’estimation de l’évolution du couple TQ_T entre le premier point d’inflexion 11 et le deuxième point d’inflexion I2 ; et le troisième segment S3 représente l’estimation de l’évolution du couple TQ_T entre le deuxième point d’inflexion I2 et le point final B.
Les trois segments se situant dans la zone de couple théorique nulle, le résultat du produit de convolution est insensible au couple de combustion et n’est sensible qu’au couple résistant de charge.
Chaque segment, représentant une variation de valeurs du couple, présente alors soit une pente négative (segment S3), soit une pente positive (segment S1 ), soit une pente nulle (segment S2). Puisque les segments de pente nulle ne présentent pas de variation de valeurs de couple, seuls les segments dont la pente n’est pas nulle sont, dans cet exemple, utilisés pour déterminer le couple résistant de charge TQ_Load. Pour cela, de manière similaire au premier estimateur, un tel deuxième estimateur étant réalisé au cours d’un cycle moteur, le point initial A, le point final B et chaque point d’inflexion 11 , 12 correspondent à une position connue du vilebrequin 13, c’est-à-dire correspondent à une dent précise de la roue dentée 130 du vilebrequin 13. La vitesse de rotation du moteur 1 et donc du vilebrequin 13 étant connue, chaque dent de la roue dentée 130 correspond à un instant donné à partir du démarrage du cycle moteur CM. Aussi, le calculateur 30 est configuré pour relever quatre instants T1 , T2, T3, T4 dépendants du moteur 1 et du régime moteur.
A titre d’exemple, pour un moteur bicylindre, dans lequel les deux cylindres sont décalés d’une rotation de 90° du vilebrequin 13, les instants T1 , T2, T3 et T4 sont respectivement relevés lorsque le calculateur 30 détecte les positions suivantes du vilebrequin 13 : le premier instant T1 est relevé pour une rotation d’un angle de 270° à partir de la position angulaire du vilebrequin 13 correspondant au point mort haut du piston 12 dans le deuxième cylindre 1 1 ; l’instant T2 est relevé pour une rotation d’un angle de 315° à partir de la position angulaire du vilebrequin 13 correspondant au point mort haut du piston 12 dans le deuxième cylindre 11 ; l’instant T3 est relevé pour une rotation d’un angle de 390° à partir de la position angulaire du vilebrequin 13 correspondant au point mort haut du piston 12 dans le deuxième cylindre 11 ; et l’instant T4 est relevé pour une rotation d’un angle de 435° à partir de la position angulaire du vilebrequin 13 correspondant au point mort haut du piston 12 dans le deuxième cylindre 11.
Selon une forme de réalisation préférée de ce deuxième mode de réalisation de l’invention, une horloge (non représentée) est intégrée au calculateur 30 de manière à permettre le relevé des instants T1 , T2, T3, T4 correspondant à chaque position angulaire du vilebrequin 13 prédéterminée.
Le calculateur 30 est alors configuré pour calculer deux durées dO, d 1 , correspondant aux deux différences d’instants relatives aux deux segments de pentes non nulles, c’est-à-dire au segments S1 , S3.
A partir de ces durées et donc de ces instants, le couple résistant de charge TQ_Load est calculé dans cet exemple selon l’équation suivante :
TQ_Load = k * (dO— dl) * N3
avec :
• k : facteur connu dépendant de l’inertie du moteur,
• dO : durée en millisecondes du premier segment S1 présentant une pente positive, c’est-à-dire durée entre les instants T 1 et T2, • d1 : durée en millisecondes du troisième segment S3 présentant une pente négative, c’est-à-dire durée entre les instants T3 et T4, et
• N : régime moteur en rpm (tours par minutes) mesuré au moyen du capteur de position 16 de la roue dentée 130.
Aussi une telle équation peut également s’écrire de la manière suivante :
TQioaa = k * (T4 - T3 - T2 + Tl) N 3
Le calculateur 30 permet ainsi comme décrit précédemment d’évaluer directement le couple résistant de charge TQ_Load.
En référence à la figure 6, il va dorénavant être présenté un procédé de contrôle du régime d’un moteur, fonctionnant à régime constant, selon le premier mode de réalisation décrit ci-avant, dans lequel l’estimateur déterminé pour le calcul du couple moteur de combustion TQJnd correspond au premier estimateur décrit précédemment (lames engagées ou embrayées). Dans ce premier mode de réalisation, l’estimateur est ainsi réalisé au cours d’une phase de combustion d’un cycle moteur CM.
Tout d’abord, dans une étape E0, le calculateur 30 évalue si les lames de la tondeuse sont engagées ou non, par exemple au moyen d’un capteur d’embrayage, puis calcule, dans une étape E1 , le couple résistant de charge TQ_Load, détermine, dans une étape E2, à partir dudit couple résistant de charge TQ_Load calculé, une position de l’actionneur 23, de manière à déterminer une position angulaire du papillon de régulation 21 , et commande, dans une étape E3, l’actionneur 23 dans ladite position de manière à contrôler ledit régime moteur.
Si le calculateur détecte à l’étape E0 que les lames sont engagées/embrayées, le couple résistant de charge TQ_Load est évalué à la fois à partir du couple moteur d’accélération TQ_Acc, calculé à partir de la vitesse de rotation du vilebrequin 13 et de l’inertie du moteur 1 , du couple résistant de frottement TQ_Fr correspondant à une valeur prédéterminée, fonction du moteur et du couple moteur de combustion TQJnd.
Dans ce cas, de manière préférée, à l’étape E1 , le procédé comprend une première sous-étape F1 de calcul du couple moteur d’accélération TQ_Acc, suivie d’une deuxième sous-étape F2 de détermination du couple résistant de frottement TQ_Fr.
L’étape E1 comprend ensuite une sous-étape F3 de détermination d’un premier estimateur de couple caractérisés par un point initial A, un point final B et un ou plusieurs points d’inflexion 11 , I2, I3, I4 se produisant à une pluralité d’instants, dans cet exemple six instants T1 , T2, T3, T4, T5, T6, Le calculateur 30 corréle, dans une sous étape F4, le point initial A, le point final B et chaque point d’inflexion 11 , I2, I3, I4 avec une position angulaire du vilebrequin 13, et donc avec un instant T1 , T2, T3, T4, T5, T6 donné.
Le calculateur 30 mesure, dans une sous-étape F5, chaque instant T1 , T2, T3, T4, T5, T6 au moyen d’une horloge. Par exemple, en pratique, l’horloge transmet au calculateur 30 chaque instant lorsque l’une des positions angulaires prédéterminées du vilebrequin 13 est détectée au moyen du capteur de position 16.
Le calculateur calcule ensuite, dans une sous-étape F6, le couple moteur de combustion TQJnd à partir des instants T1 , T2, T3, T4, T5 et T6 mesurés, comme décrit précédemment.
Ensuite, à l’étape E2, le calculateur 30 détermine, à partir du couple résistant de charge TQ_Load calculé, une position de l’actionneur 23, de manière à déterminer une position angulaire du papillon de régulation 21.
Le calculateur 30 commande ensuite à l’étape E3 l’actionneur 23 dans la position déterminée de manière à contrôler le régime moteur et anticiper un emballement ou un écroulement.
A titre d’exemple, la position angulaire du papillon de régulation 21 peut être déterminée à partir d’une table à double entrées, dépendant du régime moteur et du couple résistant de charge TQ_Load. En effet, une telle table peut être, selon un exemple de réalisation, créée de manière expérimentale ou théorique et stockée dans le calculateur 30 du véhicule. Une fois le régime moteur connu et le couple résistant de charge TQ_Load calculé, le calculateur 30 peut être configuré pour lire directement dans la table la valeur de la position angulaire du papillon de régulation 21 et appliquer une telle position angulaire, via une position de l’actionneur 23.
Si le calculateur 30 détecte à l’étape E0 que les lames ne sont pas engagées, le calculateur 30 utilise à l’étape E1 un deuxième estimateur pour évaluer le couple résistant de charge TQ_Load.
Dans ce cas, de manière préférée, à l’étape E1 , le procédé comprend une estimation du couple de charge basé sur la prise en compte des instants remarquables T1 , T2, T3, T4 de la deuxième portion de courbe. Plus précisément, un deuxième estimateur est déterminé et une pluralité d’instants, dans cet exemple quatre instants T1 , T2, T3, T4, sont relevés par le calculateur 30 en corrélant le point initial A, le point final B et chaque point d’inflexion 11 , I2 avec une position angulaire du vilebrequin 13, et donc avec un instant donné. Les instants T1 , T2, T3, T4 sont mesurés au moyen d’une horloge qui transmet au calculateur 30 chaque instant lorsque l’une des positions angulaires prédéterminées du vilebrequin 13 est détectée au moyen du capteur de position 16. Ensuite, à l’étape E2, le calculateur 30 détermine, à partir du couple résistant de charge TQ_Load estimé et du régime de rotation moteur, une position de l’actionneur 23, de manière à déterminer une position angulaire du papillon de régulation 21.
Le calculateur 30 commande ensuite à l’étape E3 l’actionneur 23 dans la position déterminée de manière à contrôler le régime moteur et anticiper un emballement ou un écroulement.
Un tel procédé permet avantageusement une adaptation rapide et réactive du régime moteur, permettant d’anticiper par exemple un écroulement du régime moteur, sans attendre la variation d’un tel régime moteur pour la compenser. Le procédé selon l’invention permet ainsi de limiter les fluctuations du régime moteur, permettant de limiter les risques d’endommagement d’un tel moteur et le cas échéant des équipements alimentés par le moteur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle d’un régime d’un moteur (1 ) thermique de véhicule, destiné à fonctionner à un régime constant, ledit moteur (1 ) comprenant au moins une chambre de combustion (1 1A), dans laquelle est injecté un mélange d’air et de carburant, et une boite à air (22), configurée pour injecter l’air dans ladite chambre de combustion (1 1 A) et présentant un débit d’air contrôlé par un papillon de régulation (21 ), ledit papillon de régulation (21 ) présentant une position angulaire variable, commandée par une position prédéterminée d’un actionneur (23), ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes de :
• évaluation (E1 ) d’un couple résistant dit « de charge » (TQ_Load) résultant d’au moins une charge extérieure appliquée audit moteur (1 ), de manière à compenser ledit couple résistant de charge (TQ_Load),
• détermination (E2), à partir dudit couple résistant de charge (TQ_Load) évalué, d’une position dudit actionneur (23), de manière à déterminer une position angulaire du papillon de régulation (21 ), et
• commande (E3) de l’actionneur (23) dans la position déterminée à partir dudit couple résistant de charge (TQ_Load) évalué, de manière à contrôler ledit régime moteur constant,
ledit procédé comprenant en outre les étapes suivantes :
• détermination préalable d’une courbe d’évolution du couple moteur dit « théorique » (TQ_T) dû à la combustion dans la chambre de combustion (11 A) au cours du cycle moteur, représentant l’évolution d’un cycle moteur (CM) complet comprenant au moins une phase de combustion, ladite courbe comportant :
- une première portion comprenant ladite au moins une phase de combustion, représentative d’une variation du couple au cours de la phase de combustion, pour le calcul d’un couple moteur de combustion (TQJnd), et
- une deuxième portion ne comprenant pas ladite au moins une phase de combustion, représentative du couple résistant de charge (TQ_Load) pour une évaluation de ce dernier.
2. Procédé selon la revendication 1 , comprenant en outre les étapes suivantes : détermination d’un premier estimateur à partir de ladite courbe d’évolution du couple moteur théorique (TQ_T), correspondant à une suite de segments (S1 , S2, S3, S4, S5) reliés par une pluralité de points d’inflexion (11 , I2, I3, I4), chaque segment étant représentatif d’une variation de valeurs du couple moteur théorique au cours d’une phase de combustion dans une chambre de combustion (11 A), et comprenant en outre un point initial (A) et un point final (B), pour le calcul du couple moteur de combustion (TQJnd),
• détermination d’un deuxième estimateur à partir de ladite courbe d’évolution du couple moteur théorique (TQ_T), correspondant à une suite de segments (S1 , S2, S3) reliés par deux points d’inflexion (11 , I2), chaque segment étant situé dans la zone de couple nul ou sensiblement nul de la courbe d’évolution du couple moteur théorique (TQ_T), et comprenant un point initial (A) et un point final (B), pour évaluer le couple résistant de charge (TQ_Load).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape (E1 ) d’évaluation dudit couple résistant de charge (TQ_Load) comprend les sous étapes de :
• calcul (F1 ) d’un couple moteur dit « d’accélération » (TQ_Acc) résultant d’une accélération du moteur (1 ),
• détermination (F2) d’un couple résistant dit « de frottement » (TQ_Fr) résultant d’une pluralité de frottements dans le moteur (1 ),
• calcul dudit couple moteur de combustion (TQJnd) résultant de la combustion dudit mélange d’air et de carburant dans ladite au moins une chambre de combustion (11 A), et
• calcul du couple résistant de charge (TQ_Load) à partir du couple moteur de combustion (TQJnd), du couple moteur d’accélération (TQ_Acc) et du couple résistant de frottement (TQ_Fr).
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit moteur (1 ) comprenant un vilebrequin (13) caractérisé par une position angulaire à partir d’une position de référence, ladite au moins une chambre de combustion (11 A) présentant une phase de combustion, le calcul du couple moteur de combustion (TQJnd) comprend les étapes de :
• détermination (F3) d’un premier estimateur à partir de ladite courbe d’évolution dudit couple moteur théorique (TQ_T), ledit premier estimateur correspondant à une suite de segments (S), reliés entre eux entre un point initial (A) et un point final (B), et caractérisée par une pluralité de points remarquables, chaque segment (S) étant représentatif d’une variation de valeurs du couple au cours de la phase de combustion, ladite pluralité de points remarquables comprenant le point initial (A), une pluralité de points d’inflexion (I) reliant les segments (S) entre eux et le point final (B),
• corrélation (F4) entre le point initial (A), chaque point d’inflexion (I) et le point final (B) et une position angulaire du vilebrequin (13),
· mesure (F5) d’une pluralité d’instants (T), chaque instant (T) correspondant à une position angulaire du vilebrequin (13), et
• calcul (F6) du couple moteur de combustion, à partir de ladite pluralité d’instants (T) mesurés.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel, le moteur (1 ) présentant un cycle moteur (CM) complet comprenant au moins une phase de combustion, ladite courbe du couple moteur théorique (TQ_T) représentant l’évolution du cycle moteur (CM) complet, la détermination dudit premier estimateur est réalisée pour une première portion de ladite courbe du couple moteur théorique (TQ_T) comprenant ladite au moins une phase de combustion, de manière à déterminer ledit premier estimateur de ladite première portion de courbe.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel, la première portion de courbe du couple moteur théorique (TQ_T) comprenant le point initial (A), quatre points d’inflexion (11 , I2, I3, I4) et le point final (B), le premier estimateur dépend de six instants (T1 , T2, T3, T4, T5, T6) et permet le calcul du couple moteur de combustion (TQJnd) à partir d’une première équation s’écrivant de la manière suivante :
TQJnd = k * (T6 - T5 - T\ + G3 + T2 - Tl) * N3
dans laquelle :
• k est un facteur dépendant de l’inertie du moteur (1 ) thermique,
• N correspond à un régime moteur mesuré au moyen de la position angulaire du vilebrequin (13) au cours du cycle moteur (CM),
• T 1 correspondant à l’instant du point initial (A) du premier estimateur,
• T2 à T5 correspondant respectivement aux instants des quatre points d’inflexion (11 , I2, I3, I4) depuis le point initial (A) jusqu’au point final (B) du premier estimateur, et
• T6 correspondant à l’instant du point final (A) du premier estimateur.
7. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, le moteur (1 ) présentant un cycle moteur (CM) complet comprenant au moins une phase de combustion, ladite courbe du couple moteur théorique (TQ_T) représentant l’évolution du cycle moteur (CM) complet, le calcul du couple résistant de charge (TQ_Load) est réalisé pour une deuxième portion de ladite courbe du couple moteur théorique (TQ_T) ne comprenant pas ladite au moins une phase de combustion et comprend une estimation, à partir d’un deuxième estimateur, d'un couple résistant de charge basé sur la prise en compte des instants remarquables de ladite deuxième portion de la courbe du couple moteur théorique (TQ_T), et une détermination de la position de l'actionneur en fonction de ce couple résistant de charge estimé et du régime de rotation moteur.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel, la deuxième portion de courbe du couple moteur théorique (TQ_T) comprenant le point initial (A), deux points d’inflexion (11 , I2) et le point final, ledit deuxième estimateur dépend de quatre instants (T1 , T2, T3, T4) et permet le calcul du couple résistant de charge (TQ_Load) à partir d’une deuxième équation s’écrivant de la manière suivante :
TQ_Load = k * (T4 - T3 - T2 + Tl) * N3
dans laquelle :
• k est un facteur dépendant de l’inertie du moteur (1 ) thermique,
• N correspond à un régime moteur mesuré au moyen de la position angulaire du vilebrequin (13) au cours du cycle moteur (CM), et
• T 1 correspondant à l’instant du point initial (A) du deuxième estimateur,
• T2 et T3 correspondant respectivement aux instants des deux points d’inflexion (11 , I2) depuis le point initial (A) jusqu’au point final (B) du deuxième estimateur, et
• T4 correspondant à l’instant du point final (B) dudit deuxième estimateur.
9. Procédé selon l’une des revendications 3 à 6, dans lequel le couple résistant de frottement (TQ_Fr) correspond à une valeur de couple prédéterminée.
10. Calculateur (30) de véhicule, ledit véhicule comprenant un moteur (1 ) thermique destiné à fonctionner à un régime constant, ledit moteur thermique comprenant au moins une chambre de combustion (11 A), dans laquelle est injecté un mélange d’air et de carburant, et une boite à air (22), configurée pour injecter l’air dans ladite chambre de combustion (11 A) et présentant un débit d’air contrôlé par un papillon de régulation (21 ), ledit papillon de régulation (21 ) présentant une position angulaire variable, commandée par une position prédéterminée d’un actionneur (23), ledit calculateur (30) étant configuré pour :
évaluer un couple résistant dit « de charge » (TQ_Load) résultant d’une pluralité de charges extérieures appliquées sur ledit moteur (1 ), • déterminer, à partir dudit couple résistant de charge (TQ_Load) évalué, une position dudit actionneur (23), de manière à déterminer une position angulaire du papillon de régulation (21 ), et
• commander l'actionneur (23) dans la position déterminée à partir dudit couple résistant de charge (TQ_Load) évalué, de manière à réguler le régime moteur constant,
• déterminer préalablement une courbe du couple moteur dit « théorique » (TQ_T) dû à la combustion dans la chambre de combustion (1 1A) au cours du cycle moteur, représentant l’évolution d’un cycle moteur (CM) complet comprenant au moins une phase de combustion, ladite courbe comportant :
- une première portion comprenant ladite au moins une phase de combustion, représentative d’une variation du couple au cours de la phase de combustion, pour le calcul d’un couple moteur de combustion (TQJnd), et
- une deuxième portion ne comprenant pas ladite au moins une phase de combustion, représentative du couple résistant de charge (TQ_Load) pour une évaluation de ce dernier.
11. Véhicule comprenant un moteur (1 ), présentant un régime moteur constant, et un calculateur (30) selon la revendication précédente.
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