Brevet FR2633978A1 — publié le 19900112

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif de commande du couple fourni par un moteur à combustion interne et, plus particulièrement, à un tel procédé et à un tel dispositif conçu pour améliorer la normande de ce couple aux basses charges. Les moteurs à combustion interne à dispositif de commande électronique de l'injection du carburant, embarqués sur des véhicules automobiles sont classiquement pilotés à l'aide d'une pédale d'accélérateur mécaniquement couplée à un papillon de réglage du débit d'air admis dans le moteur, pour doser le mélange aircarburant nécessaire a l'alimentation de ce moteur. La pédale est couramment couplée mécaniquement au papillon par un cible et par une came dite "escargot" qui permet de lier la position de la pédale à celle du papillon suivant une loi de commande mécanique choisie.Si cette solution classique et peu coûteuse s'avere satisfaisante aux moyennes et fortes charges, il n'en est pas de même aux basses charges, c'est- & dire lorsque la pédale d'accélérateur est faiblement enfoncée, & partir de la position "pied levé", notamment dans les véhicules équipés d'un moteur de forte cylindrée. En effet, on constate alors qu'une faible ouverture du papillon d' accélérateur entraîne immédiatement une très grande variation du couple du moteur. Ceci résulte du fait qu'aux faibles ouvertures du papillon, la sensibilité de la commande du débit du air est très grande quand on utilise un couplage mécanique classique entre la pédale et le papillon. Ce couplage mécanique, malgré la présence de l'escargot, n'établit pas alors une démultiplication suffisante du mouvement du papillon par rapport å celui de la pédale. Cette démultiplication insuffisante a pour conséquence 1 'introduction d' & coups dans le fonctionnement du moteur aux basses charges. Ces t-coups peuvent entraîner des calages intempestifs ou même, suivant l'état de la route, des risques de patinage des roues du véhicule. Ces problèmes apparaissent aux basses charges, aussi bien t l'ouverture qu't la fermeture du papillon. Pour résoudre ces difficultés, on a mis au point des dispositifs de couplage mécanique plus raffinés entre la pédale d'accélérateur et le papillon, nais qui présentent divers inconvénients. Ils sont en effet complexes, délicats t mettre en oeuvre et peu performants. En outre, ces systèmes de couplage sont spécifiques & un moteur et t un véhicule particuliers et ne peuvent aisément être adaptés t une mise en oeuvre dans un autre ensemble moteur/véhicule. La présente invention a donc pour objet de fournir un procédé et de réaliser un dispositif pour la commande du couple fourni par un moteur t combustion interne du type à injection électronique", qui autorisent une commande souple du moteur, y compris au voisinage de la position "pied levé" de la pédale d'accélérateur, c'est-t- dire aux basses charges du moteur. La présente invention a aussi pour but un tel procédé et un tel dispositif qui permettent de conserver les avantages des systèmes de liaisons mécaniques pédale/papillon aux moyennes et hautes charges. La présente invention a encore pour but de réaliser un tel procédé et un tel dispositif qui mettent en oeuvre des moyens de commande de la quantité d'air admise dans le moteur, qui sont déjt utilisés t d'autres fins dans la commande du moteur. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront dans la suite, avec un procEdF de commande du couple fourni par un moteur t combustion interne alimenté par un mélange air-carburant, suivant lequel on agit sur la quantité d'air admise dans le moteur conformément t une première loi de commande mécanique à l'aide d'une pédale d'accélérateur couplée t un papillon de réglage du débit d' air admis dans le moteur.Suivant la présente invention, on neutralise l'action de la pédale sur l'angle d'ouverture du papillon dans une zone initiale prédéterminée de la course de la pédale et on regle alors le débit d'air suivant une deuxième loi de commande en fonction de la position de la pédale dans cette zone, en agissant sur le débit d'un courant d'air d'admission parallèle t celui command par le papillon. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, la présente invention fournit un dispositif de commande du couple délivré par un moteur t combustion interne alimenté avec un mélange air-carburant, du type dans lequel un papillon de réglage du débit d'air admis dans le moteur est couplé t une pédale d'accélérateur pour le réglage de l'ouverture du papillon suivant une première loi de commande mécanique.Suivant la présente invention, le dispositif comprend des moyens pour découpler le papillon de la pédale dans une zone initiale prédéterminée de la course de cette pédale, un organe de réglage du débit d'un courant d'air d'admission parallèle t celui réglé par le papillon, un capteur fournissant un signal représentatif de la position de la pédale d'accélérateur et des moyens électroniques alimentés par ce signal pour commander cet organe suivant une deuxième loi de commande en fonction de la position de la pédale d'accélérateur dans la zone initiale prédéterminée de sa course. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, les Doyens de découplage comprennent un bras solidaire en rotation du papillon, un levier micaniquement couplé Q la pédale d'accélérateur et mobile en rotation coaxialement au bras, des moyens de butée solidaires du levier et coopérant avec le bras pour délimiter la zone initiale prédéterminée de la course de la pédale dans laquelle les moens de butée restent écartés du levier de manière t laisser alors le papillon dans sa position de fermeture. Suivant une caractéristique avantageuse du dispositif suivant l'invention, l'organe de réglage du débit d'un courant d'air parallèle est constitué par une vanne de commande d'air additionnel normalement utilisée pour la régulation du moteur en régime de ralenti. Au dessin annexé donne seulement a titre d'exemple - la figure 1 est une représentation schématique en perspective du dispositif de commande suivant l'invention, - la figure 2 représente un diagramme fonctionnel utile t l'explication du fonctionnement du dispositif de la figure 1, et - la figure 3 est un graphe représentant le débit d'air admis dans le moteur en fonction de l'angle d'ouverture du papillon, résultant de l'utilisation du procédé et du dispositif suivant la présente invention. On se réfère la figure 1 du dessin annexé où il apparaît que le dispositif suivant l'invention comprend classiquement un papillon 1 monté sur un axe 2 de manière pouvoir basculer dans un collecteur d'admission 3 d'un moteur combustion interne entre une position de fermeture et une position d'ouverture, comme il est bien connu dans la technique. Une pédale d'accélérateur 4 permet de commander la position angulaire du papillon 1. Classiquement, la liaison entre la pédale 4 et l'axe de rotation 2 du papillon 1 est établie par une liaison t came du type "escargot" et cable s'enroulant sur cet escargot pour définir, gracie t un choix approprié du profil de l'escargot, une loi de commande mécanique liant la position de la pédale 4 et l'ouverture angulaire du papillon 1. Comme on l'a vu plus haut, une telle liaison mécanique n'est pas satisfaisante aux basses charges, ctest--dire pour de faibles débattements de la pédale 4 t partir de la position dite "pied levé. Suivant la présente invention, on découple alors la pédale 4 du papillon 1 dans une zone initiale prédéterminée de la course de la pédale, t compter de la position "pied levé", grace t des moyens de découplage constitués par un toc 5 solidaire an rotation de l'axe 2 du papillon et un levier 6 mécaniquement couplé t la pédale 4 par une liaison mécanique schématisée en 7. Une telle liaison mécanique peut être constituée par l'une quelconque des liaisons t cible et "escargot" couramment utilisées dans la commande de papillon de moteur å combustion interne.Quand le pilote appuie sur la pédale 4, celle-ci bascule autour d'un axe 4' pour faire tourner le levier 6 dans le sens de la flèche F. 8uivant la présente invention, le levier 6 est solidaire d'un axe de rotation 8 coaxial & l'axe 2 du papillon. Le levier 6 comprend un premier bras 9 connecté t son extrémité t la pédale d'accélérateur 4 par la liaison mécanique 7 et un deuxième bras 10 sur lequel s'exerce l'action d'un ressort de rappel 11 de la pédale à la position "pied levé" correspondant a celle représentée à la figure. La position de fermeture du papillon 1 dans le collecteur d'admission est définie par une butée 12. Un ressort de rappel 13 agissant sur 1 'extrémité du toc 5 ramone le papillon 1 contre cet organe d'arrêt 12. Suivant une autre caractéristique de la présente invention, le levier 6 comprend des moyens de butée 14, 15 angulairement espacés pour définir l'angle ai dont peut tourner le levier 6, dans le sens de la flèche F, avant d'entraîner le toc 5 dans sa rotation par la mise en contact du moyen de butée 15 avec ce toc. Du fait du couplage du levier 6 t la pédale d'accélérateur 4, cet angle al correspond t une zone initiale prédéterminée de la course de cette pédale, t partir de la position "pied levé. Ainsi, quand on appuie sur la pédale 4 t partir de cette postion pied levé, l'enfoncement de la pédale ne sera pas transmis au papillon 1 avant que l'angle al n' ait été rattrapé.On garantit ainsi, suivant l'invention, que 1 'enfonosient de la pédale 4 dans cette zone initiale de sa course sera sans effet sur la position angulaire du papillon dans le collecteur d'admission 3. Il s'ensuit qu'alors le débit d'air admis dans le moteur n'est pas contrôlable par l'angle d'ouverture du papillon 1. Incidemment on notera que la butée 14 formée sur le levier 6 définit la position pied levé de la pédale lorsque cette butée vient porter contre le toc 5 dont la position est elle-meme fixée par la mise en contact du papillon 1 et de son organe d'arrêt 12 définissant la position de fermeture du papillon 1. Suivant la présente invention la commande du débit d'air admis dans le moteur est assurée, pendant la course de la pédale dans la zone initiale prédéterminée définie par l'angle ai, par une action sur un organe de réglage du débit d'un courant d'air parallèle t celui s'écoulant normalement dans le collecteur d'admission 3. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, ce courant d'air parallèle circule dans un conduit 16 court-circuitant le papillon 1 de manière a faire passer de l'air entrant dans le collecteur suivant la flèche F' par l'extrémité amont 17 de ce conduit, dans la partie de ce collecteur qui est située en aval du papillon, au niveau de l'extrémité 18 du conduit. Un organe de réglage 19 placé dans le conduit 16 permet l'ajustement du débit d'air véhiculé par le conduit 16. Cet organe est commandé par un signal élaboré par un calculateur 20 et émis sur la sortie 21 de ce calculateur. Un capteur de position angulaire 22, de tout type connu, est monté sur l'axe 8 du levier 6 pour transmettre au calculateur 20 un signal représentatif de la position angulaire du levier 6, et donc du degré d'enfoncement de la pédale d'accélérateur 4. On se réfère maintenant en particulier t la figure 2 du dessin où l'on a représenté un diagramme fonctionnel utile å l'explication du fonctionneeent du dispositif de la figure 1. Sur ce diagramme on trouve la pédale d'accélérateur 4, le capteur de position angulaire 22 et le calculateur 20 dont il a té question plus tôt en liaison avec la description de la figure 1. Le bloc 23 est relatif å une première loi de commande LC1 donnant la valeur de consigne de l'ouverture du papillon en fonction de l'angle de rotation a subi par le levier 6 sous l'action de la pédale 4.Cette loi de commande peut avoir une forme choisie et être établie t l'aide d'une liaison mécanique t cible et escargot classique, comme on l'a vu plus haut. Comme représenté sur le graphe figurant dans le bloc 23, il apparaît que cette loi de commande n'agit que lorsque la rotation du levier 6 est supérieure å la valeur al correspondant a l'extrémité de la zone initiale prédéterminée de la course de la pédale 4 où, suivant 1'invention, on remplace cette loi de commande mécanique LC1 par une deuxième loi de commande que 1 'on décrira en détail dans la suite.Le bloc 24 correspond a un bloc de commande du débit d'air admis dans le moteur, actif lorsque l'enfoncement de la pédale est supérieur t celui correspondant t la zone initiale prédéterminée, c'est-t- dire lorsque l'on est dans la zone des moyennes ou fortes charges appliquées au moteur. Le débit d'air est alors fonction de la valeur de consigne d'ouverture de papillon fixé par la loi de commande LC1 et du régime du moteur, exprimé par exemple en nombre de tours par minute. En parallèle avec cette première voie d'alimentation du moteur par l'intermédiaire d'une commande appropriée de l'ouverture du papillon 1, on a représenté sur la figure 2 une deuxième voie d'alimentation du moteur qui aboutit comme la première dans un sommateur 32 où s 'additionnent les débits d'air des deux voies, avant que la somme n'alimente le moteur. La deuxième voie fonctionne t partir d'un signal représentatif de la position de la pédale d'accélérateur fournie par le capteur 22. Le signal venu du capteur 22 est délivré au calculateur 20 où ce signal est d'abord numérisé dans un convertisseur analogique/numérique 25.Le calculateur 20 comprend des moyens de moire où est conservée la deuxième loi de commande LC2 26 qui permet de traiter le signal numérisé de manière t en tirer une valeur de consigne de la commande d'un organe de réglage du débit d'air parallèle tel que l'organe de réglage 19 de la figure 1. Suivant la présente invention, cette loi de commende est efficace des que la pédale 4 quitte sa position de repos, et c'est cette deuxième loi de commande qui règle le débit d'air admis dans le moteur pendant toute la durée de l'action de la pédale 4 dans la zone initiale prédéterminée de sa course.Elle se substitue alors a la loi de commande Lici qui est sans effet sur le débit d'air quand la pédale reste dans cette zone initiale. Suivant une caractéristique essentielle de la présente invention, cette loi de commande qui est fixée par des moyens électroniques permet d'assurer une démultiplication de la commande aux basses charges, plus forte que celle que 1 'on peut obtenir avec des moyens mécaniques classiques. Le pilote bénéfice alors d'une commande plus souple qui lui assure un meilleur confort de conduite. Une autre caractéristique essentielle du dispositif suivant l'invention tient en ce qu'on fait usage, pour établir le débit d'air parallèle utilisé aux basses charges, d'organes déjà présents t d'autres fins dans un dispositif de commande de moteur t combustion interne. I1 s'agit d'un conduit d'air commandé par un organe de réglage de la vitesse du moteur en régime de ralenti, cet organe étant ordinairement constitué par une électrovanne. On évite ainsi de faire appel t des composants supplémentaires pour mettre en oeuvre l'invention, solution qui rend celle-ci particulièrement peu conteuse. Des variations brutales de la position de la pédale d'accélérateur 4 dans la zone initiale de sa course peuvent être filtres t l'aide d'un filtre numérique 27. On améliore ainsi le confort de la conduite et on peut aussi rendre plus progressive l'accélération et la décélération du véhicule grâce t ce filtre. Des essais réalisés sur véhicules permettent de déterminer la pulsation de coupure du filtre afin d'obtenir des accélérations confortables du régime moteur sans entrainer des oscillations. Lorsque, comme on l'a vu ci-dessue, on utilise pour constituer l'organe de réglage 19 une électrovanne, par exemple, utilisée normalement pour assurer la régulation de la vitesse de ralenti, le signal élaboré a partir de la loi de commande 26 et filtré en 27 est ajouté en 31 t la valeur de consigne de ralenti qui gouverne normalement l'organe de réglage de la vitesse de ralenti. Gr ce a cette caractéristique du dispositif suivant l'invention, la régulation de la vitesse de ralenti n'est pas perturbée dans son fonctionnement normal. Le bloc 28 symbolise un échantillonnage å pas constant établi par le calculateur numérique 20 pour le signal de consigne qui est fourni au bloc 30 de commande du débit parallèle. Le débit du courant d'air parallèle qui vient s'ajouter en 32 t celui commandé par le papillon, dans le collecteur d'admission du moteur est donc fonction de la consigne issue du calculateur numérique (bloc 20) et du régime du moteur. Gracie & cet échantillonnage t pas constant, on s'affranchit des inconvénients des échantillonnages å pas variable couramment utilisés en électronique automobile, suivant lesquels les instants d'échantillonnage coïncident avec les passages au point mort haut d'un cylindre du moteur. On se réfère à la figure 3 du dessin ou l'on a représenté les diverses lois de commande utilisées dans la présente invention. En abscisses on a porté une grandeur représentative de la position de la pédale d'accélérateur, soit l'angle a du levier 6 avec sa position d'origine représentée à la figure 1.En ordonnées on a porté le débit d'air D admis dans le moiteur. Ce débit d'air pré sente une valeur minimale Do correspondant au débit établai par le papillon, quand celui-ci est en butée contre l'organe d'arrêt 12, et surtout par l'organe de régulation du régime du ralenti. LC1, LC2, et LC sont des graphes représentatifs de la loi de coarslsnde mécanique du débit établi par le papillon 1, de la loi de commande du débit établi par l'organe de réglage 19 et du débit total d'air adiis dans le collecteur d'admission 3 du moteur, respectiveeent. La loi de commande LC2 doit répondre aux conditions suivantes. Elle doit déterminer une conversion progressive entre la valeur angulaire repérant la position de la pédale d'accélérateur et le signal de commande de l'actionneur, en ltoccurence l'organe de réglage 19 constitué de préférence par une électrovanne de régulation de ralenti, comme on l'a vu plus haut. La loi de commande doit présenter une pente faible pour les angles proches de O ainsi qu'une saturation au-delt de ai, sa pente devant être très faible autour de al pour assurer une addition sans discontinuité des débits établis par les lois LC2 et LC1 (courbe LC).Comme représenté, la loi Lcl établie par des doyens mécaniques classiques (came "escargot" par exemple) présente une forte pente t partir de ai, pente ensuite décroissante pour faire apparaître une saturation aux fortes valeurs angulaires. Entre O et ai, conformément t l'invention, la loi de commande LCl est sans effet sur le débit. L'allure du débit total d'air admis dans le moteur présente alors celle de la courbe LC. Ainsi, suivant une mise en oeuvre préférée de l'invention, la loi de commande LC2 présente-t-elle une forme en S dans le domaine angulaire qui s 'étend de O t la valeur angulaire a. correspondant t la saturation du débit d'air parallèle.Le raccordement sans discontinuité des courbes LC1 et LC2 est assuré en choisissant 4 4 a, La loi de commande LC2 peut être ainsi mise en mémoire dans le calculateur sous la forme d'une fraction de sinusoïde éventuellement linéarisée par morceaux pour le domaine ( O, o;) et d'une droite, au-dessus de a Bien entendu les formes de courbes proposées cidessus ne sont données qu't titre d'exemple. D'autres formes pourraient être choisies pour adapter le dispositif suivant l'invention t tel ou tel type souhaité de performance. L'utilisation d'un organe de régulation d'un débit d'air parallèle suivant l'invention, aux basses charges, permet de supprimer les inconvénients mentionnés en préambule des dispositifs de commande de débit d'air de la technique antérieure. Elle assure un suivi sans t-coups et mieux démultiplié de la commande appliquée t la pédale d'accélérateur. Un tel organe peut être constitué avantageusement par une électrovanne de réglage du débit d'air en régime de ralenti classiquement présente dans la plupart des dispositifs de co eande de moteur t combustion interne. Une telle solution s'avère particulièrement économique. on remarquera en outre que la loi de commande LC2 peut être facilement modifiée par simple reprogrammation d'un calculateur, déj & présent & d'autres fins dans les dispositifs de commande d'électronique d'allumage et d'injection pour moteur t combustion interne, aujourd'hui tres largement répandus. L'invention peut ainsi être aisément introduite dans des dispositifs de commande de moteur à combustion interne existants. On remarquera encore que le dispositif suivant l'invention conserve les avantages des systèmes mécaniques aux moyennes et hautes charges, pu ces systèmes présentent de bonnes performances pour un faible coût. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus du dispositif suivant l'invention, la pédale d'accélérateur est couplée mécaniquement au papillon de réglage du débit d'air. Il est clair cependant que la presente invention est facilement adaptable sur un vehicule équipé de moyens électriques de liaison entre cette pédale et le papillon. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande du couple fourni par un moteur a combustion interne alimenté par un mélange aircarburant, suivant lequel on agit sur la quantité d'air admise dans le moteur conformément å une première loi de commande mécanique & å aide d'une pédale d'accélérateur couplée å un papillon de réglage du débit d'air admis dans le moteur, caractérisé en ce qu'on neutralise l'action de la pédale sur l'angle d'ouverture du papillon dans une zone initiale prédéterminée de la course de la pédale et on règle alors le débit d'air suivant une deuxième loi de commande en fonction de la position de la pédale dans cette zone, en agissant sur le débit d'un courant d'air d'admission parallèle å celui commandé par le papillon. 2. Procédé conforme t la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième loi de commande présente une saturation au-del & de la zone initiale prédéterminée, le débit d'air parallèle saturation s'ajoutant alors à celui déterminé par le papillon. 3. Procéde conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on filtre un signal de réglage du débit d'air parallèle déterminé par la deuxième loi de commande, pour eliminer l'influence d' & coups parasites sur la pédale d'accélérateur, dans la zone intiale prédéterminée de sa course. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme t la revendication 1, dans un moteur t combustion interne alimenté avec un mélange air-carburant, du type dans lequel un papillon (1) de réglage du débit d'air admis dans le moteur est couple t une pédale d'accélérateur (4) pour le réglage de l'angle d'ouverture du papillon suivant une première loi de commande mécanique, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (5, 6, 14, 15) pour découpler le papillon de la pédale dans une zone initiale prédéterminée de la course de cette pédale, un organe de réglage (19) du débit d'un courant d'air d'admission parallèle t celui réglé par le papillon, un capteur (22) fournissant un signal représentatif de la position de la pédale d'accélérateur et des moyens électroniques (20) alimentés par ce signal pour commander cet organe suivant une deuxième loi de commande (LC2) en fonction de la position de la pédale d'accélérateur dans la zone initiale prédéterminée de sa course. 5. Dispositif conforme t la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de découplage comprennent un toc (5) solidaire en rotation du papillon, un levier (6) mécaniquement couplé t la pédale d'accelerateur et mobile en rotation coaxialement au bras, des moyens de butée (14, 15) solidaires du levier (6) et coopérant avec le toc (5) pour délimiter la zone initiale prédéterminée (al) de la course de la pédale dans laquelle les moyens de butée restent écartés du toc (5) de manière t laisser alors le papillon (1) dans sa position de fermeture. 6. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que 1 'organe de réglage (19) du débit d'un courant d'air parallèle est constitué par une vanne de commande d'air additionnel. 7. Dispositif conforme a l'une quelconque des revendications 4 å 6, caractérisé en ce que les moyens électroniques (20) comprennent un convertisseur analogique-numérique (25) pour numériser le signal représentatif de la position de la pédale d'accélérateur, des moyens (26) pour mémoriser la deuxième loi de commande et traiter le signal numérise avec cette loi de commande pour former un signal de commande de 1 'organe de réglage du débit du courant d'air parallèle. 8. Dispositif conforme t la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens électroniques (20) comprennent en outre un filtre numérique (28) pour supprimer l'influence d't-coups sur la pédale d 'accélérateur, dans la zone initiale prédéterminée de sa course. 9. Dispositif conforme t l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu' il comprend des moyens d'échantillonnage (28) t pas fixe du signal de commande de l'organe de réglage du débit du courant d'air parallèle. 10. Dispositif conforme t l'ensemble des revendications 6 a 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (31) pour former le signal de commande t partir du signal traité par la deuxième loi de commande (LC2) et d'un signal représentatif d'une valeur de consigne de la vitesse de ralenti.