Brevet FR2616481A1 — publié le 19881216

DISPOSITIF ELECTRONiPUE DE COMMANDE DE SOUPAPES DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE ET PROCEDES DE MISE EN OEUVRE La présente invention se rapporte a un dispositif électronique de commande de soupapes de moteur à combustion interne et a certains procédés de mise en oeuvre du dispositif. La plupart des moteurs thermiques a 4 temps sont équipés d'une commande mécanique des soupapes (arbre à cames, poussoirs, culbuteurs,etc... > dont, par nature, la caractéristique principale est l'utilisation d'un diagramme constant de distribution déterminé par le profil des cames.Cela entraîne un rendement relativement médiocre du moteur du fait que le profil des cames est defini de telle manière que le temps d'ouverture des soupapes et, par conséquent, le remplissage du cylindre et la combustion du mélange gazeux ne peuvent étre considérés comme optimaux qu'a un régime donné du moteur (régime correspondant a l'obtention du couple maximum du moteur). La présente invention a pour objet un dispositif électronique permettant de commander les soupapes de telle manière que celles-ci s'ouvrent et se ferment selon un diagramme de distribution variable en fonction du régime du moteur (modulation du temps de croisement et de la durée d'ouverture des soupapes). Un des buts du dispositif est d'améliorer sensiblement le remplissage du cylindre et la combustion du mélange gazeux aux différents régimes. La puissance du moteur et son rendement se trouvent alors augmentés. Le dispositif conforme a l'invention remplace la partie mecanique de la distribution (arbre à cames, culbuteurs,courroie ou pignons de distribution, etc...). Il comporte un capteur de vitesse de rotation et de référence angulaire du vilebrequin. Il fournit des informations a une centrale de commande utilisant avantageusement un microcalculateur.Les informations nécessaires & la commande de distribution (la cartographie de la distribution , les angles d'ouverture et de fermeture des soupapes ) sont déterminées au préalable sur un banc d'essais de moteurs puis memorisées dans un module électronique selon les techniques en vigueur. Le microcalculateur détermine les angles d'ouverture et de fermeture successifs des soupapes à partir de ces informations et de celles transmises par le capteur. Puis, via une (des) interface(s) de sortie, il commande électriquement les soupapes. La présente invention sera mieux comprise a la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation de ce dispositif adapté a un moteur 4 temps monocylindre équipé.de soupapes électromagnétiques, pris comme exemple non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel la figure représente le schéma fonctionnel du dispositif: la centrale de commande (1) se compose d'une carte imprimee qui supporte un microcalculateur (4), un module de memoire (2) contenant â la fois la cartographie de la distribution et le logiciel de traitement des données. Les capteurs optiques (7)(9) placés au niveau d'un disque gradué (8j monté directement ou non sur le vilebrequin (10) du moteur (13) produisent des signaux qui, par l'intermédiaire d'étages d'entrée (5) et (6) (codeurs), sont transformés de manière a pouvoir étre transmis au microcalculateur (4) via un bus de donnees (3) qui permet les échanges d'informations entre les différents organes de la centrale de commande (1);le programme informatique utilisé n'est pas décrit dans la présente demande car la description fonctionnelle du dispositif permet a l'homme de l'art de l'écrire sans difficulté; ce programme a plusieurs fonctions: il traite les signaux précédemment cités dans le but d'obtenir l'information de vitesse; cette information permet au microcalculateur (4) de prélever les données appropriées dans le module de mémoire (2).Le capteur (7) fournissant en permanence la position angulaire du vilebrequin (10), le microcalculateur (4) envoie au moment opportun un signal qui, amplifié par un étage de sortie (14)(15) permet de commander la (les) soupape(s) d'admission (11) et la (les) soupape(s) d'échappement (12). Dans le dessin proposé, des soupapes électromagnétiques sont représentées; d'autres dispositifs de commande électrique des soupapes peuvent être utilisés comme des dispositifs pneumatiques ou hydrauliques commandés électriquement. De la même manière, en complément aux deux paramètres essentiels que sont la vitesse de rotation et la référence angulaire du vilebrequin, d'autres paramètres peuvent être utilisés avantageusement: température de l'air, pression atmosphérique, hygrométrie, température du moteur (huile, eau) etc... Cette possibilité implique donc le montage d'autres capteurs spécifiques a ces paramètres; l'utilisation de ceux-ci doit, bien entendu, être prévue dans le logiciel de traitement des données ainsi que dans la détermination de la cartographie. Le montage de ce dispositif peut être avantageusement effectué sur tous les moteurs å combustion interne. Il a pour avantage de supprimer un certain nombre d'éléments mécaniques (arbres a cames, culbuteurs, poussoirs, pignons de distribution etc ... ). Cela permet d'éliminer, entre autres, une cause du rendement relativement médiocre de ce type de moteurs:l'énergie absorbée par ces éléments. D'autre part, la détermination sur banc d'essais d'une cartographie de distribution appropriée permet l'obtention d'un couple moteur maximum dès les bas régimes jusqu'aulx régimes les plus élevés permis par le moteur cela a pour conséquence l'obtention d'une puissance supérieure ou égale a celle d'un moteur classique quelque soit le régime. Quelques procédés de mise en oeuvre de ce dispositif montrent les possibilités d'usage de la présente invention: - Régulation du régime: certains moteurs ne nécessitent pas de regimes élevés du fait de leur utilisation ou pour des raisons de sécurité: une cartographie de distribution appropriée permet de limiter le régime du moteur. - Une cartographie évolutive: application au rodage d'un moteur: le rodage d'un moteur nécessite en général une utilisation de celui-ci à un régime limité pendant une certaine période ou sans à-coups d'accélération: le présent dispositif permet d'utiliser une cartographie de distribution adaptée au rodage, puis, après une certaine durée de service mesurée par le microcalculateur, celui-ci prélève les informations utiles dans une autre cartographie appropriée au fonctionnement normal du moteur.Ce changement de cartographie peut également être effectué par le remplacement du module de mémorisation. - Utilisation d'un nombre variable de soupapes pendant le fonctionnement du moteur: le régime du ralenti ne nécessite pas l'utilisation de toutes les soupapes d'admission; le dispositif permet d'en commander le nombre approprié au ralenti, puis, en fonction des besoins, d'en commander la totalité. - La suppression des éléments mécaniques permet une implantation optimale des soupapes dans la culasse qui peut prendre une forme hémisphérique, ce qui permet une disposition radiale des soupapes dont l'avantage est l'obtention d'une circulation et d'une combustion optimales des gaz. - Le ralenti du moteur et son accélération sont déterminés par la modulation du temps d'ouverture des soupapes. - La cartographie de distribution pour un moteur peut étre mémorisée et utilisée pour des moteurs du même type sans qu'il soit nécessaire d'effectuer des essais spécifiques pour chaque moteur: il suffit de recopier le contenu du module de mémorisation selon les techniques en vigueur. - Un frein-moteur puissant est obtenu par une grade ouverture des soupapes d'admission et une ouverture limitée des soupapes d'échappement: la distribution normale du moteur est modifiée dans ce but lorsque le microcalculateur reçoit, par l'intermédiaire d un interrupteur manuel ou non, l'information précisant le besoin de frein-moteur. - Le dispositif est tel qu'un programme informatique approprié permet la rotation du moteur dans un sens ou dans l'autre suivant les besoins de l'utilisateur. Le besoin de changement de sens est précisé au microcalculateur par un signal émis par un interrupteur. - Les soupapes peuvent être commandées indépendamment les unes des autres, c'est a dire que leur mouvement n'est pas obligatoirement identique: le dispositif est alors doté d'autant d'étages de sortie que de soupapes. - Les possibilités multiples de mise en oeuvre du dispositif sont fondées sur le fait que, d'une part une cartographie de la distribution est déterminée en fonction du régime du moteur et d'autre part que le microcalculateur est programmable, donc peut exécuter des instructions traitant des informations provenant de différents capteurs et interrupteurs. REVENDICATIONS 1) Dispositif de commande des soupapes de moteur thermique caractérisé par le fait qu'il comporte une centrale électronique de commande des soupapes. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la centrale (1) comporte un microcalculateur (4). 3) Dispositif selon les revendications i et 2 caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un capteur (7)(9) reliés au microcalculateur (4) via des interfaces (étages de sortie) (4)(5) permettant de déterminer directement ou par calcul, comme paramètres principaux, la vitesse de rotation et la position angulaire du vilebrequin. 4) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un capteur permettant de déterminer des paramètres autres que ceux cités dans la revendication 3, telles la température de l'air, la pression atmosphérique, l'hygrométrie, la température du moteur. 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il comporte un module de mémorisation (2) des informations caractérisant la cartographie de la distribution. 6) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par le fait que la centrale (1) comporte un (des) étage(s) de sortie (14)(15). Ce(s) étage(s) envoie(nt) un signal électrique selon les angles de distribution déterminés vers un dispositif actionnant les soupapes (11)(12). 7) Procédé de mise en oeuvre du dispositif décrit dans les revendications précédentes caractérisé par le fait que, & partir des informations issues du (des) capteurs (7)(9) et du module de mémorisation (2), le microcalculateur (4) détermine les angles de distribution appropriées au régime du moteur. 8) Procédé selon la revendication 5 caractérise par le fait que les informations caractérisant la cartographie de la distribution sont déterminées sur un banc dtessais de moteur, puis mémorisées dans le module (2) selon les techniques en vigueur.