Brevet FR2538855A1 — publié le 19840706

La présente invention concerne un procédé de stabilisation de la vi- tesse de rotation à vide d'un moteur à combustion interne à allumage commandé pour véhicule automobile. Il est connu de réguler la vitesse de ralenti de ce type de moteur en la maintenant aussi proche que possible d'une valeur de consigne et en l'y ramenant rapidement lorsqu 'elle s'en écarte sous l'effet d'une perturbation extérieure (variation de richesse, d'avance, lacher de pied, sollicitation de la direction assistée, etc). Pour cela, on intervient par des moyens appropriés sur la quantité d'air admis dans le collecteur d'admission, comme décrit par exemple dans la demande de brevet français 8215193. Toutefois, au ralenti, ce type de moteur est le siège de phénomènes de pompage dus à de mauvaises combustions se traduisant par des variations instantanées importantes de la vitesse de ralenti Les contraintes liées aux mesures prises pour lutter contre la pollution conjuguées à la recherche d'économies d'énergie ont encore aggravé ce problème en imposant des richesses de fonctionnement voisines du rapport stoechiométrique qui donnent lieu à des phénomènes perturba- teurs (dispersion des vitesses de propagation de flammes, créneaux de richesse dus aux sondes à oxygène, etc >. Il peut en résulter des oscillations du régime d'assez grande ampli- tude qu'une régulation de vitesse de ralenti par asservissement à une vitesse de consigne n'est pas en mesure de supprimer. Par contre, il est connu d'intervenir sur l'angle d'avance à l'allu- mage pour tendre à stabiliser le régime de ralenti et supprimer les oscillations précitées La Fig 1 des dessins annexés montre une loi classique d'avance à l'allumage en fonction du régime suivant laquelle l'avance est constante sur la plage d'évolution du régime de ralenti. Une amélioration représentée à la Fig 2 consiste à ménager une loi d'avance ayant une pente négative sur la plage d'évolution du régime de ralenti, toute augmentation du régime de ralenti tendant à être 49398 i l -2- compensée par une diminution de l'avance Toutefois, à un régime légèrement supérieur à celui du ralenti nominal (ralenti accéléré à froid par exemple), il existe une pente positive d'avance fortement déstabilisante puisque les variations de régime tendent à être amplifiées. L'invention vise à fournir un procédé de stabilisation de la vitesse de rotation à vide d'un moteur à combustion Interne à allumage commandé qui soit basé sur une manipulation de l'angle d'avance à l'allumage tout en évitant les graves inconvénients de la solution précitée et la nécessité de faire référence à un régime de consigne. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de stabilisation de la vitesse de rotation à vide d'un moteur à combustion Interne à allumage commandé pour véhicule automobile, suivant lequel on déter- mine l'angle d'avance à l'allumage à-engendrer en fonction de para- mètres de fonctionnement du moteur comprenant sa vitesse de rotation et la pression régnant dans le collecteur d'admission, caractérisé en ce que, à chaque cycle de détermination de l'angle d'avance à l'allumage,on détermine si le moteur est en fonctionnement à vide et en ce que, dans l'affirmative, on détermine un terme correctif d'avance dynamique proportionnel au régime Instantané du moteur vu à travers un filtre passehaut (N*) et on engendre un angle d'avance à l'allumage (Av) égal à la somme algébrique du terme correctif (C) et d'une avance statique (Avs) déterminée en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur comprenant sa vitesse de rotation et la pression régnant au collecteur d'admission. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un exemple de sa réalisation illustré par les dessins annexés sur lesquels: la Fig 1 est un graphique montrant une loi classique d'avance à l'allumage en fonction du régime pour un moteur à allumage com- mandé; 49398 I l I 3- la Fig 2 est un graphique analogue à celui de la Fig 1 illustrant une solution de la technique antérieure pour stabiliser le régime de ralenti; la Fig 3 est un schéma fonctionnel illustrant le procédé de stabilisation suivant l'invention; la Fig 4 montre les entrées/sorties d'un microprocesseur pour la mise en oeuvre du procédé de stabilisation dans le cas d'un allu- mage numérique; la Fig 5 est un organigramme de fonctionnement du calculateur de la Fig 4 pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention la Fig 6 est un chronogramme montrant les oscillations de la vitesse de ralenti d'un moteur à allumage commandé en fonction du temps, respectivement sans et avec stabilisation par modification de l'avance à l'allumage; et, la Fig 7 est un chronogramme montrant les variations de la vitesse de rotation à vide d'un moteuràa allumage commandé en réponse à une variation brusque de couple respectivement sans et avec stabi- lisation par modification de l'avance à l'allumage. La stabilisation de la vitesse de rotation-à vide, objet de la présente invention, a pour rôle d'atténuer autant que faire se peut les instabilités et pompages du moteur à vide et doit être distinguée d'une régulation de régime de ralenti qui règle la vitesse moyenne par référence à une valeur de consigne. En se référant à la Fig 3, le schéma fonctionnel représenté permet d'expliciter sous forme simplifiée le procédé de stabilisation du régime de ralenti suivant l'invention Un bloc 1 élabore l'angle d'avance à l'allumage, par exemple en terme de temps de conduction de la bobine, à partir des paramètres constitués par la pression Pc 49398 1 IG 4- dans le collecteur d'admission du moteur et la vitesse de rotation N du moteur, éventuellement filtrée dans un filtre passe-bas 2 produi- sant une composante N de la vitesse Le bloc 1 produit à sa sortie un signal Avs représentant l'avance statique élaborée en fonction de Pc et N (ou N). Le signal de vitesse N est également filtré par un filtre passehaut 3 dont la sortie N*, amplifiée en 4 avec un gain K, est ajoutée algé- briquement à l'avance Avs Le système produit donc en sortie une avance Av = Avs + K N*, somme de l'avance "statique" Avs et d'une avance "dynamique" K N*. La Fig 4 montre un microcalculateur M qui permet de mettre en oeuvre ce procédé Il reçoit à l'une de ses entrées l'information pression Pc dans le collecteur d'admission et à une autre de ses entrées un signal de synchronisation Sy à partir duquel il calcule la vitesse instantanée de rotation du moteur et qui lui permet d'identifier le passage de chaque cylindre par une position prédé- terminée, par exemple le point mort haut (PMH) A partir des infor- mations régime et pression, le microcalculateur M peut adresser des tables de valeurs mémorisées et calculer l'angle d'avance à l'allu- mage Av suivant n'importe quel algorithme classique approprié Un tel système d'élaboration de l'angle d'avance à l'allumage est tout à fait classique et l'on pourra se reporter à la demande de brevet français 8213996 qui en donne un exemple de réalisation. L'organigramme de la Fig 5 indique les étapes du programme permettant de mettre en oeuvre le procédé de stabilisation du régime de ralenti au moyen du microcalculateur M étape 10 on fait, à chaque détection du signal de synchroni- sation Sy, l'acquisition des paramètres d'entrée, à savoir pres- sion Pc au collecteur d'admission et régime instantané du moteur (lequel est calculé à partir du signal de synchronisation Sy) et éventuellement des autres paramètres l pouvant intervenir dans 49398 1 1676 -5 - le calcul de l'angle d'avance à l'allumage; étape 11: on fait N = régime instantané; étape 12: on calcule N qui représente le filtrage de N à travers un filtre passe-bas; on sait que, sous forme échantillonnée, l'équation d'un filtrage passe-haut s'écrit: N*() =" N"(n-l) + o l (n) ( 1) ( 1) _ T dans lequel c = e -g, Z étant la constante de temps de filtrage et A T le temps séparant deux échantillon- nages successifs de la vitesse On sait par ailleurs que, sous forme de transformée de Laplace, N* s'exprime en fonction de N de la manière suivante: N*= p N 1 +p = d N l N 1 1 + 3 p Or, 1 +&P représente le filtrage de N à travers un filtre passe-bas, c'est-à-dire N Par conséquent: oi-N * _ -N _ N et Ns = N N En remplaçant N* dans ( 1), on obtient: N(n) (N) (n(n_) +) N(n) soit: - 49398 1 il 2538855. 6- Nest donc exprimé en fonction de N (calculé à l'étape 10), N (calculé au cycle précédent de calcul) etc,& qui peut être soit une constante de valeur prédéterminée, soit une fonction de Pc, de N, de la température du liquide de refroidissement ou autres para- mètres. étape 13: elle consiste à appeler le sous-programme classique de calcul de l'angle d'avance à l'allumage en fonction du régime, de la pression et d'autres paramètres éventuels; toutefois, on utilise de préférence comme paramètre régime la valeur filtrée N. ce qui permet de s'affranchir, pour le calcul de l'avance statique, des variations instantanées de régime qu'il s'agit précisément de compenser; on obtient à la fin de ce sous-programme une valeur d'avance, ci-après appelée avance statique Avs; étape 14: il s'agit d'un test pour déterminer si les conditions sont telles que le moteur peut être considéré comme étant en fonctionnement à vide De préférence, ce test porte sur l'état (fermeture ou ouverture) d'un contact de pied-levé, mais d'autres paramètres peuvent être pris en compte, par exemple la valeur de la pression Pc au collecteur d'admission comparée à une valeur de seuil si la réponse à ce test est NON, on passe à l'étape 17 "suite du programme" qui peut consister, par exemple, à calculer le temps de conduction de la bobine; si la réponse à ce test est OUI, on passe à l'étape 15; étape 15: on calcule un terme correctif C = K (N N) qui repré- sente la partie dynamique de l'avance dont la partie statique Avs a été calculée à l'étape 13; K est un coefficient négatif qui peut être soit constant, soit variable en fonction notamment du régime instantané N ou du régime filtré N, de la pression Pc, de la température du liquide de refroidissement du moteur ou encore d'autres paramètres de fonctionnement du moteur. 49398 11676 -7- étape 16: on calcule l'angle d'avance à l'allumage à engendrer, -qui est la somme algébrique des parties statique Avs et dynamique C de l'avance Av = Avs + C étape 17: il s'agit du déroulement précité de la suite du pro- gramme jusqu'à l'interruption suivante qui déclenche un nouveau cycle de calcul. Comme cela ressort de ce qui précède, l'avance dynamique est une fonction directe de N* (puisque N* = N F 0, c'est-à-dire du régime instantané filtré à travers un filtre passe-haut. Le procédé de stabilisation décrit présente entre autres avantages de ne pas nécessiter la connaissance d'un régime de consigne et d'être actif dès qu'il existe des variations de régime dues, par exemple, à la mise en service d'organes extérieurs du véhicule tels que motoventilateur, dispositif de climatisation, direction assistée, etc De plus, il est d'autant plus actif que ces variations sont rapides A cet effet, il est possible de jouer sur les valeurs de- et de K: par exemple, si l'on choisit de constant, la-constante de temps Z évoluera comme a T, c'est-à-dire sera d'autant plus petite que le régime N croîtra. On notera également que la stabilisation-de régime est également active en décélération à vide en favorisant le freinage-moteur et en empêchant l'inconvénient rencontré fréquemment de calage du moteur lorsque la direction assistée est braquée à fond en décélération à vide. Les Fig 6 et 7 montrent clairement l'efficacité du procédé de stabilisation décrit précédemment. Sur la Fig 6, la courbe 20 représente les oscillations de la vitesse 49398 1 iç 8- de rotation (tr/min) au ralenti d'un moteur dont l'avance à l'allu- mage, représentée par la droite 21, est constante La courbe 22 représente, dans les mêmes conditions de fonctionnement du moteur, les oscillations du régime de ralenti que présente ce moteur lorsque son avance à l'allumage (courbe 23) est modifiée conformément au procédé de stabilisation suivant l'invention On constate que les oscillations de la courbe 22 sont notablement plus amorties que celles de la courbe 20. Sur la Fig 7, la courbe 24 représente l'évolution, en réponse à une variation brusque de couple résistant (courbe 26), du régime de rotation à vide, à partir d'une vitesse No, d'un moteur fonctionnant avec une avance à l'allumage constante (courbe 25) La courbe 27 montre l'évolution de vitesse obtenue dans les mêmes conditionnements de fonctionnement du moteur, mais en faisant varier l'angle d'avance à l'allumage de celui-ci (courbe 28) de la manière décrite dans la présente demande Là encore, l'influence favorable de la stabilisa- tion par modification de l'avance à l'allumage apparaît très claire- ment. Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'exemple décrit sans sortir du cadre de l'invention C'est ainsi, par exemple, que lorsque le contact de "pied-levé" est ouvert, l'avance peut, en variante, être calculée en fonction du régime instantané N (au lieu de N) A cet effet, le test 14 sur l'état du contact de "pied-levé" peut être effectué immédiatement après l'étape 10 En cas d'ouverture (réponse NON), on calcule alors directement l'avance Av en fonction du régime instantané N et de la pression Pc, ce qui évite le calcul del N En cas de fermeture (réponse OUI), il y a déroulement des étapes 11, 12, 13, 15 et 16. 49398 11676 9- REVENDICATIONS 1 Procédé de stabilisation de la vitesse de rotation à vide d'un moteur à combustion interne à allumage commandé pour véhicule auto- mobile, suivant lequel on détermine l'angle d'avance à l'allumage à engendrer en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur comprenant sa vitesse de rotation et la pression régnant dans le collecteur d'admission, caractérisé en ce que,à chaque cycle de détermination de l'angle d'avance à l'allumage, on détermine si le moteur est en fonctionnement à vide et en ce que, dans l'affirmative, on détermine un terme correctif d'avance dynamique proportionnel au régime instantané du moteur vu à travers un filtre passe-haut (N*) et on engendre un angle d'avance à l'allumage (Av)égal à la somme algébrique du terme correctif (C) et d'une avance statique (Avs) déterminée en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur comprenant sa vitesse de rotation et la pression régnant au collec- teur d'admission. 2 Procédé suivant la revendication 1, dans lequel on détermine par calcul numérique l'avance statique (Avs) en fonction du régime et de la pression, caractérisé en ce que l'on calcule numériquement une valeur filtrée N représentant le régime instantané N du moteur vu à travers un filtre passe-bas, et en ce que le terme correctif d'avance dynamique a pour valeur C = K (N 1 >, dans lequel K est un coeffi- cient négatif. 3 Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que (n) ((nn) + ( 1È dans lequel N est la valeur filtrée à calculer, (n) N(n-1) est la valeur filtrée-calculée au cycle de calcul précédent N 1, 49398 X li _ N) est la dernière vitesse de rotation du moteur calculée et, _ c;; est un coefficient de la forme e o &T est le temps séparant deux échantillonnages successifs de la vitesse N, et g est la constante de temps de filtrage. 4 Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'un au moins des coefficients K etu( est une constante. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'un au moins des coefficients K et té est une fonction du régime du moteur et/ou de la pression et/ou de la température du liquide de refroidissement du moteur. 6 Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 à 5, carac- térisé en ce que ladite avance statique Avs est calculée en fonction de la valeur filtrée Ndu régime instantané et de la pression Pc. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, en cas d'absence de détection de fonctionnement à vide du moteur, l'angle d'avance à l'allumage engendré Av est ladite avance statique Avs calculée en fonction de la valeur filtrée N du régime et de la pression Pc. 8 Procédé selon la renvendication 6, caractérisé en ce que, en cas d'absence de détection de fonctionnement à vide du moteur, l'angle d'avance à l'allumage engendré est calculé, comme connu en soi, en fonction du régime instantané N du moteur et de la pression Pc. 49398 11676 2538855. 11 - 9 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, carac- térisé en ce que l'on détermine si le moteur est en fonctionnement à vide à partir de l'état (ouvert-fermé) d'un contact de "pied&levé". 10.o Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, carac- térisé en ce que l'on détermine si le moteur est en fonctionnement à vide par comparaison de la valeur de la pression (Pc) au collecteur d'admission à une valeur de seuil. 49398 I 1