FR2876154A1 - Procede et dispositif de determination des temps de commande des soupapes d'echange de gaz d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Procede et dispositif de determination des temps de commande des soupapes d'echange de gaz d'un moteur a combustion interne Download PDF

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Abstract

Procédé pour déterminer les temps de commande des soupapes d'échange de gaz d'un moteur à combustion interne selon lequel on saisit l'évolution de la pression (p) de la chambre de combustion.On calcule une fonction d'état (K(i)) à partir de l'évolution de la pression (p(i)) de la chambre de combustion et de l'évolution du volume (V(i)) de la chambre de combustion, et par l'exploitation de la fonction d'état (K(i)) on détermine les instants de commande des soupapes d'échange de gaz.

Description

Domaine de l'invention
La présente invention concerne un procédé pour déterminer les temps de commande des soupapes d'échange de gaz d'un moteur à combustion interne selon lequel on saisit l'évolution de la pression (p) de la chambre de combustion.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé pour déterminer les instants de commande de soupapes d'échange de gaz d'un moteur à combustion interne comportant des moyens pour saisir l'évolution de la pression de la chambre de corn- bustion, Etat de la technique La surveillance et la commande précises des soupapes est nécessaire pour permettre un fonctionnement optimum du moteur. Cela nécessite notamment la connaissance précise des temps de commande des soupapes d'échange de gaz, c'est-à-dire des instants d'ouverture et de fermeture des soupapes d'admission et d'échappement par rapport à la position du vilebrequin. De plus en plus on utilise des systèmes permet-tant de modifier les temps d'ouverture en fonction de l'angle du vilebrequin ou en plus de modifier la section d'ouverture en fonction de l'angle du vilebrequin. On supprime alors le couplage mécanique direct entre les cames et les soupapes et différents actionneurs découplent l'arbre à cames du mouvement des soupapes pour permettre d'obtenir les variations indiquées. Les exemples caractéristiques sont constitués par le réglage variable de l'arbre à cames ou le réglage totalement variable des soupapes.
Du fait du découplage du mouvement des soupapes d'échange de gaz par rapport à l'angle du vilebrequin il faut des procédés permettant au moins de surveiller les temps de commande des soupapes. Selon l'état de la technique on connaît des procédés qui déterminent la course ou l'angle des soupapes d'échange de gaz, par exemple en utilisant des capteurs directs. D'autres procédés reposent sur la détermination de l'ouverture des soupapes en exploitant la quantité d'air et la vitesse de rotation ou la pression de la chambre de combustion.
Les capteurs directs sont coûteux et peu fiables à cause de leur exposition thermique et mécanique. Les procédés nécessitant d'autres grandeurs doivent être adaptés soigneusement à chaque point de fonctionnement du moteur à combustion interne pour éviter des diagnostics erronés. Or, précisément, la nature indirecte des procédés nécessite une interprétation soigneuse des valeurs de mesure.
Le document DE 197 41 820 Al décrit un procédé consistant à analyser l'évolution ou la courbe de pression de la chambre de combustion. A l'aide du procédé des gradients on détermine des points caractéristiques de la courbe qui correspondent à des positions détermi- nées des soupapes. L'ouverture ou la fermeture d'une soupape d'échange de gaz se traduit ici par une variation rapide du gradient de pression et est détectée par le changement de signe algébrique de la dérivée seconde de la pression en fonction du volume.
Le document DE 103 06 903 Al décrit un procédé consistant à comparer une évolution de la pression de la chambre de combustion, calculée de manière théorique à l'évolution effectivement mesurée de la pression. A partir des déviations des deux courbes de pression on conclut au temps d'ouverture de la soupape d'échappement. La courbe théorique se calcule dans l'hypothèse d'une expansion polytropique en ce que partant de deux points d'appui de la courbe réelle de mesure et de la géométrie connue de la chambre de combustion on détermine l'exposant polytropique.
Les procédés utilisant la pression des cylindres se caractérisent par leur exploitation directe de la combustion dans le cylindre. Le bruit inévitable encombrant le signal est néanmoins amplifié par le développement des gradients et les dérivées d'ordre supérieur; il complique la détermination des valeurs de seuil. Globalement, il ne s'agit que d'une petite modification de la courbe du signal entachée de tous les problèmes de l'exploitation numérique. Un autre inconvénient est de nécessiter une adaptation soigneuse à tous les points de fonctionnement du moteur. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on calcule une fonction d'état à partir de l'évolution de la pression de la chambre de combustion et de l'évolution du volume de la chambre de combustion, et par l'exploitation de la fonction d'état on détermine les instants de commande des soupapes d'échange de gaz.
Le procédé selon l'invention offre l'avantage vis-à-vis de l'état de la technique de calculer une fonction d'état à partir de l'évolution de la courbe de la pression dans la chambre de combustion et de l'évolution de la courbe du volume de la chambre de combustion; en ex- ploitant la fonction d'état, le procédé détermine les temps de commande des soupapes. Par rapport à l'exploitation directe de la pression dans la chambre de combustion, ce procédé à l'avantage que dans la fonction d'état, une ouverture et une fermeture des soupapes d'échange de gaz se traduit par une variation significative de la fonction d'état, ce qui permet de déterminer ces temps de commande avec une grande fiabilité.
Selon l'invention, il est prévu de sélectionner un exposant polytropique selon le mode de fonctionnement présent. Comme les exposants polytropiques ne changent pratiquement pas pour un certain mode de fonctionnement, il suffit avantageusement d'enregistrer un exposant polytropique respectif pour un certain mode de fonctionnement pour per- mettre de le sélectionner ensuite pour le calcul de la fonction d'état.
Une autre possibilité prévoit de déterminer l'exposant polytropique à partir d'au moins deux points d'appui de la pression saisie de la chambre de combustion et du volume correspondant de la chambre de combustion dans une plage polytropique. Cette solution a l'avantage que l'exposant polytropique peut être respectivement adapté aux données effectives du moteur à combustion interne.
Selon le procédé de l'invention, - on saisit l'évolution chronologique de la pression de la chambre de combustion dans une première étape pour une plage caractéristique de l'angle du vilebrequin, - dans une seconde étape on détermine la fonction d'état, - dans une troisième étape on détermine les points significatifs qui représentent les instants de fermeture ou d'ouverture des soupapes d'échange de gaz, et - dans une quatrième étape on vérifie si les points significatifs se trou- vent dans un intervalle de tolérance.
Cela permet avantageusement de vérifier l'aptitude au fonctionnement des soupapes d'échange de gaz. En particulier si un instant d'ouverture ou de fermeture de la soupape d'échange de gaz correspon- dante n'a pu être déterminé ou s'il se situe en dehors de l'intervalle de tolérance, on peut lancer une réaction d'erreur.
L'invention concerne également un dispositif de détermination des temps de commande des soupapes d'échange de gaz d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que partant de l'évolution saisie de la pression de la chambre de combustion et du volume de la chambre de combustion un moyen de calcul détermine la fonction d'état, et un moyen d'exploitation détermine les temps de commande des soupapes à partir de la fonction d'état.
Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre en trait interrompu une courbe caractéristique de 5 l'évolution de la pression dans la chambre de combustion et en trait continu la fonction d'état, - la figure 2 montre un ordinogramme de la mise en oeuvre du procédé de l'invention.
Description d'un mode de réalisation de l'invention La base de l'invention réside dans l'existence d'une relation entre la pression de cylindre (p) et le volume (V) représentée par la formule suivante: Pi n = Ki = const 15 L'indice (i) de cette formule désigne la détection pour un angle de vilebrequin quelconque. Cette relation est valable pendant les différentes phases du cycle de travail dans lesquelles le volume de gaz est emprisonné dans le cylindre, et sans conversion d'énergie par combustion, c'est-à-dire dans la phase de compression précédant le début de la combustion et dans la phase d'expansion après la fin de la combustion. L'exposant (n) dépend principalement de la composition du gaz dans le cylindre et du transfert calorifique entre le gaz et l'environnement. La constante (K) n'est pas connue de sorte que le calcul ne peut se faire qu'avec au moins deux paires de valeurs (p1, V1) et (p2, V2). Suivant le mode de fonctionnement, on aura des valeurs différentes (mais connues) pour (n). Par exemple l'exposant polytropique (n) pour la compression d'un mélange air/carburant se situe à environ 1,32; pour la compression d'air pur, la valeur (n) sera à peu près égale à 1,37. On peut ainsi choisir l'exposant polytropique (n) suivant le mode de fonctionnement actuel sans avoir à le calculer directement à partir des données mesurées.
La figure 1 représente, en trait interrompu, la courbe de l'évolution caractéristique de la pression 10 dans la chambre de combus- tion pour un cycle de travail compris entre 0 et 720 de l'angle de vilebre- quin KW. Environ 90 avant le point mort haut ZOT pour 360 , la pression (p) de la chambre de combustion commence à augmenter. L'allumage qui se produit au niveau du point mort haut fait augmenter la pression dans la chambre de combustion beaucoup plus fortement du fait de la combus- tion que la pression obtenue lorsqu'on atteint le maximum en phase d'expansion. Dans l'exemple représenté, la soupape d'échappement s'ouvre à environ 500 KW, ce qui se rend perceptible dans l'évolution de la pression de la chambre de combustion 10 par une chute rapide de la pression.
Comme déjà décrit ci-dessus, de nombreux procédés con-nus selon l'état de la technique permettent de déterminer un segment de courbe significatif en appliquant différents procédés, notamment le procédé des gradients, et que l'on met en relation avec l'ouverture de la soupape d'échappement.
Selon l'invention, à l'aide de l'évolution de la courbe de pression de la chambre de combustion 10 ainsi déterminée et du volume de la chambre de combustion V(i) connu en principe pour chaque angle de vilebrequin KW, on calcule la fonction d'état 20 K(i) = p(i)xV(i)'1 En principe, cela correspond à l'équation d'état polytropique citée dans le préambule. L'indice (i) mis entre parenthèses indique sim- pleurent que (i) est considéré comme un paramètre de la fonction. Dans le présent exemple, (i) correspond à l'angle de vilebrequin (KW). Si toutefois on préfère un système de référence chronologique, on peut remplacer (i) sans difficulté par un temps (t).
La fonction d'état 20 selon l'invention va néanmoins au-delà de l'équation d'état polytropique, connue, en ce que la fonction d'état 20 est déterminée d'une manière surprenante pour l'homme du métier même pour les plages ou états non polytropiques. Certes, la validité de l'équation d'état, polytropique, n'est plus assurée au-delà de la plage polytropique mais du fait du passage d'une plage polytropique à une plage non polytropique, on a des variations significatives de la fonction d'état.
Le fondement de l'équation d'état polytropique est d'autoriser un échange de chaleur avec l'environnement mais en considé- rant globalement le système comme fermé. On quitte la plage polytropique dès que le système n'est plus considéré comme fermé, par exemple pen- dant la combustion et notamment lors de l'ouverture ou de la fermeture d'une des soupapes d'échange de gaz. Ces événements se répercutent de manière significative sur la fonction d'état et permettent d'identifier un début et une fin de la combustion ainsi qu'une ouverture ou une fermeture des soupapes d'échange de gaz.
Les plages polytropiques peuvent se développer selon la figure 1 principalement dans les segments pratiquement non constants compris entre 180 et 360 KW et 400 jusqu'à 500 KW. Le premier segment constant 40 commence par la fermeture réelle de la soupape d'admission au point (A) pour un angle de vilebrequin d'environ 180 KW et ce segment se termine par le début de la combustion à environ 360 KW.
Le second segment constant 50 commence à la fin de la combustion à environ 400 KW et se termine par l'ouverture de la soupape d'échappement au point B pour un angle de vilebrequin d'environ 500 KW. Les points A et B, comme début et fin d'une plage polytropique, peuvent ainsi être identifiés comme des instants de commande des sou-papes d'échange de gaz et peuvent se déterminer sans difficulté en appli- quent des procédés d'exploitation connus, par exemple en formant la dérivée première ou seconde en fonction de l'angle du vilebrequin ou à partir du temps.
Par la considération des valeurs extrêmes ou du change-ment de signes algébriques, on peut identifier les points A et B. On a de préférence prévu des algorithmes limités en bandes dans la plage de fréquences pour limiter le bruit inévitable du signal de pression de chambre de combustion et pour la suite du traitement et l'exploitation.
La figure 2 montre à titre d'exemple un chronogramme possible pour surveiller les soupapes d'échange de gaz. Dans une première étape 100, on saisit l'évolution au cours de la pression de la chambre de combustion pour la plage caractéristique de l'angle de vilebrequin. Pour cela, dans la première étape 100, il y a d'autres étapes secondaires 110, 120, 130, 140. Dans l'étape 110, on démarre le cycle de saisie et dans l'étape 120 suivante on saisit la pression de cylindre (p) en fonction de l'angle instantané du vilebrequin. La grandeur est enregistrée dans l'étape 130. L'étape 140 vérifie si l'on est à la fin du cylindre de saisie. Si cette fin n'est pas encore atteinte, l'étape 140 bifurque de nouveau vers l'étape 120. Ainsi, un nouveau cycle de saisie commence. Lorsque le cycle de saisie est terminé, dans une seconde étape 200, à partir de l'évolution maintenant saisie de la pression (p) de la chambre de combustion et de l'évolution correspondante du volume (V) de la chambre de combustion et en tenant compte des conditions de fonctionnement on détermine une fonction d'état K(i).
Dans la troisième étape 300 suivante, on détermine les instants de commande A, B par l'exploitation de la fonction d'état K(i).
Dans une quatrième étape 400 on vérifie si les instants de commande déterminés A, B se situent dans un intervalle respectif autori- sé. On peut par exemple prévoir que pour un fonctionnement correct du moteur à combustion interne ou de la soupape d'échange de gaz, l'instant de commande A doit tomber dans un intervalle d'angle de rotation de vilebrequin compris entre 150 et 190 KW. Si un instant de commande se situe à l'extérieur de l'intervalle autorisé, la cinquième étape 500 signale un défaut et lance le cas échéant d'autres réactions de défaut. On peut notamment prévoir d'intervenir dans la commande des soupapes d'échange de gaz à l'aide des temps de commande A et B, déterminés, pour modifier les temps de commande des soupapes d'échange de gaz.
L'information relative à une extension non autorisée des temps de commande peut également être affichée par des moyens auxiliaires appropriés, par exemple par un affichage de diagnostic. Pour cela, on attend habituellement un nombre prédéterminé de dépassements pour augmenter encore plus la fiabilité du diagnostic.
En outre, cette information peut servir à la commande ou à la régulation des soupapes pour compenser les variations du système de commande (par exemple par modification de la viscosité de circuits hydrauliques). Les angles de vilebrequin définis à partir des segments A et B sont alors les valeurs réelles de circuits de régulation servant à la commande des soupapes d'admission et d'échappement.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1 ) Procédé pour déterminer les temps de commande des soupapes d'échange de gaz d'un moteur à combustion interne selon lequel on saisit l'évolution de la pression (p) de la chambre de combustion, caractérisé en ce qu' on calcule une fonction d'état (K(i)) à partir de l'évolution de la pression (p(i)) de la chambre de combustion et de l'évolution du volume (VU)) de la chambre de combustion, et par l'exploitation de la fonction d'état (K(i)) on détermine les instants de 10 commande des soupapes d'échange de gaz.
2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on sélectionne un exposant polytropique (n) selon le mode de fonctionne-15 ment présent.
3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on déterminer l'exposant polytropique (n) à partir d'au moins deux points 20 d'appui de la pression saisie de la chambre de combustion et du volume correspondant de la chambre de combustion dans une plage polytropique.
4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' - on saisit l'évolution chronologique de la pression (p) de la chambre de combustion dans une première étape pour une plage (i) caractéristique de l'angle du vilebrequin, - dans une seconde étape on détermine la fonction d'état, dans une troisième étape on détermine les points significatifs (A, B) qui 30 représentent les instants de fermeture ou d'ouverture des soupapes d'échange de gaz, et - dans une quatrième étape on vérifie si les points significatifs (A, B) se trouvent dans un intervalle de tolérance.
5 ) Dispositif pour déterminer les instants de commande de soupapes d'échange de gaz d'un moteur à combustion interne comportant des moyens pour saisir l'évolution de la pression de la chambre de combustion, caractérisé en ce que partant de l'évolution saisie de la pression (p(i)) de la chambre de combustion et du volume (p(i)) de la chambre de combustion un moyen de calcul détermine la fonction d'état (K(i)), et un moyen d'exploitation détermine les temps de commande des soupapes à partir de la fonction d'état (K(i)). io
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