Brevet FR2691750A1 — publié le 19931203

i La présente invention concerne un procédé pour adaptation angulaire automatique entre au moins deux arbres reliés fonctionnellement, notamment un vilebrequin et un arbre à cames, dans un moteur à combustion interne, o il est prévu une soupape actionnée électriquement, réagissant à un signal de commande et par l'intermédiaire de laquelle un élément d'adaptation peut être actionné pour une adaptation angulaire de l'arbre à cames. Les arbres à cames utilisés dans des moteurs à combustion interne actionnent les soupapes de change- ment de gaz en correspondance au profil de leurs cames. Des temps fixes de commande de soupapes constituent un compromis, surtout en ce qui concerne les exigences se rapportant à la puissance nominale et au couple Pour optimiser les temps de commande, il est connu de prévoir un déphasage des temps de commande, c'est-à-dire que, dans un moteur à combustion interne pourvu de deux arbres à cames, la position de l'arbre à cames correspondant aux soupapes d'admission ou aux soupapes d'échappement est décalée d'un angle déterminé par rapport au vilebre- quin, avec pour conséquence qu'il se produit une modifica- tion des temporisations d'actionnement des soupapes d'ad- mission et d'échappement Dans des moteurs à combustion interne comportant seulement un arbre à cames pour les soupapes d'admission et d'échappement, l'optimisation des temps de commande est produite par un décalage simulta- né des temps de commande (deux déphasages égaux) Dans le cas de moteurs comportant des chambres de combustion disposées en forme de V l'une par rapport à l'autre, les deux procédés sont applicables sélectivement aux groupes de cylindres L'angle entre les deux groupes de cylindres peut atteindre 180 ( moteur à cylindres en opposition). Généralement, lors de l'utilisation de deux arbres à cames, le décalage séparé des temps de commande des soupapes d'admission et d'échappement par rapport au vilebrequin peut être effectué de façon indépendante (double déphasage indépendant). Pour toutes les formes de construction de mo- teurs, il est connu des agencements qui font intervenir un arbre intermédiaire comme organe de liaison entre un vilebrequin et un arbre à cames, par exemple de manière à obtenir le rapport de transmission en deux échelons. A cet effet, la phase de l'arbre intermédiaire peut être adaptée, de sorte que l'influence sur les temps de commande des soupapes de changement de gaz est produite comme décrit ci-dessus. Un procédé de régulation pour une adaptation progressive de l'entraînement des arbres à cames est connu d'après la demande de brevet allemand DE-OS 40 06 950, o est effectuées en fonction des vitesses de rotation, une comparaison continue des positions du vilebrequin et des arbres à cames Les signaux de mesure sont appliqués à un circuit formateur de différence, qui transmet cette différence à un organe de régulation, dont le signal de sortie sert de signal d'actionnement pour un système de régulation mécanique. Un inconvénient affectant le procédé de régula- tion connu, qui opère exclusivement en fonction de la vitesse de rotation, consiste dans de fréquentes modifica- tions des signaux, associées à une mise en oeuvre coûteuse du procédé. L'invention a pour but de créer un procédé pour une régulation exacte, faisant intervenir un court temps de réaction, d'un élément d'adaptation d'arbres à cames, à l'aide duquel il est possible d'obtenir une régulation continue de positions intermédiaires quelcon- ques de l'arbre à cames. Conformément à l'invention, le procédé est carac- térisé en ce qu'il est prévu un circuit de régulation, qui comporte un régulateur et un récepteur de valeurs de mesure, auquel est transmis le positionnement angulaire du vilebrequin et de l'arbre à cames comme signal de valeur de mesure Il est ainsi possible d'obtenir un réglage d'arbre à cames en deux points de façon à déter- miner exactement les positions angulaires instantanées du vilebrequin et de l'arbre à cames et de déterminer un angle différentiel, qui sert de positionnement de base pour l'adaptation angulaire continue de l'arbre à cames Conformément à l'invention, il est prévu un circuit de régulation qui comprend un régulateur et un capteur de valeurs de mesure à l'aide duquel une détermina- tion précise de valeurs de mesure est possible La déter- mination des valeurs de mesure est effectuée par évaluation du décalage temporel entre des impulsions d'activation du vilebrequin et de l'arbre à cames, auquel cas il est possible d'effectuer, au moyen d'une comparaison avec des valeurs prédéterminées, une régulation précise et graduelle de l'élément d'adaptation, en combinaison avec un temps de réaction avantageusement court Il est possible de traiter aussi bien les valeurs propres de captage des deux signaux qu'également les signaux établis par un système général de commande du moteur Le nombre des impulsions peut différer dans le cas de moteurs à combus- tion interne différents Ainsi par exemple dans le cas de moteurs à 4/8 cylindres, il est possible de traiter 1, 2 ou 4 impulsions d'activation de vilebrequin, par rapport à 1, 3 ou 6 impulsions pour des moteurs à 6/12 cylindres, en relation avec 1, 2 ou 4 impulsions d'arbres à cames ou 1, 3, 6 impulsions d'arbres à cames, la rela- tion numérique entre les impulsions pouvant être librement choisie. Selon une autre caractéristique du procédé, il est prévu que la position angulaire du vilebrequin serve de grandeur de référence pour la régulation et que la position captée pour l'arbre à cames soit utilisée comme une information de positionnement exploitable pour l'arbre à cames à adapter. La disposition d'autres références caractéristi- ques sur la roue d'activation de l'arbre à cames peut être exploitée pour des identifications de cylindres. La roue d'activation peut ainsi être pourvue de 2 + 1, 3 + 1 ou 4 + 1 repères, la relation entre les positions des repères additionnels par rapport aux repères angulaires devant être univoque La génération d'autres signaux utiles pour le système de commande du moteur est possible. Le positionnement de base intervenant dans chaque réglage de l'élément d'adaptation consistera, au début de l'exécution du programme et après application de la tension de service, à déterminer que l'élément d'adaptation se trouve dans une position de repos/position limite définie, auquel cas dans cette position l'angle différentiel entre les repères du vilebrequin et de l'arbre à cames doit rentrer dans une plage prédéterminée et l'élément d'adaptation ne doit effectuer additionnellement aucun mouvement d'adaptation à l'intérieur de cette plage de tolérances La valeur obtenue sera exploitée comme valeur de base pour toute adaptation ultérieure de l'arbre à cames. Le procédé conforme à l'invention prévoit en outre que, lors d'un démarrage du système, l'angle diffé- rentiel entre les positions angulaires du vilebrequin et de l'arbre à cames soit déterminé au moyen d'un établis- sement progressif d'une valeur moyenne sur plusieurs mesures, avantageusement sur huit mesures, avec une résolu- tion de 0,1 KW Un calcul des vitesses de rotation sera effectué d'une manière analogue Après terminaison de la phase de démarrage, il se produira ensuite une détermi- nation de l'angle différentiel à partir des valeurs instan- tanées des positions angulaires du vilebrequin et de l'arbre à cames. Avantageusement il est prévu conformément -à l'invention une soupape de commande proportionnelle, à commutation ou cadencement rapide et à actionnement électro-hydraulique, qui est réalisée avec un chevauchement positif ou négatif des arêtes de distribution pour une commande d'admission ou de décharge A cet égard avantageu- sement, l'élément de commande peut être maintenu dans toute position intermédiaire et il garantit ainsi, en combinaison avec le captage exact de valeurs de mesure, un réglage précis de l'angle différentiel respectivement nécessaire entre les positions angulaires du vilebrequin et de l'arbre à cames. Conformément à l'invention, il est en outre prévu que le régulateur commande une soupape hydraulique, de préférence une soupape proportionnelle, avec modulation en largeur d'impulsions, c'est-à-dire que la soupape proportionnelle sera enclenchée pendant des périodes de durées différentes à une fréquence d'environ 300 Hz. On obtient ainsi que, lors d'une augmentation de la durée d'enclenchement, par augmentation du taux d'impulsions, le courant qui passe et l'actionnement de la soupape proportionnelle soient augmentés. Le régulateur agencé conformément à l'invention calcule, à partir des informations obtenues dans plusieurs exécutions du programme, le taux d'impulsions en fonction de la différence angulaire déterminé par rapport à la position envisagée pour l'arbre à cames Cela est déterminé par un nombre programmable de fenêtres angulaires de différentes largeurs, qui peuvent être choisies à volonté et qui représente un écart entre l'angle de consigne et l'angle réel Les fenêtres angulaires sont chacune associées à un facteur qui a des valeurs différentes et qui sera multiplié par une constante Le produit repré- sente le taux d'impulsions correspondant à la position centrale instantanée de la soupape proportionnelle En fonction du sens de régulation, c'est-à-dire en fonction du sens dans lesquel l'angle réel se rapproche de l'angle de consigne, le produit sera ajouté à la position angulaire moyenne ou bien sera soustrait de celle-ci. Selon une autre particularité du procédé confor- me à l'invention, il est prévu des capteurs pour déterminer les valeurs de mesure de la position angulaire du vilebre- quin et de l'arbre à cames ainsi que pour déterminer la vitesse de rotation Il est également possible d'utili- ser le traitement de signaux qui représentent les positions du vilebrequin et/ou de l'arbre à cames et qui sont pro- duits par le système de commande de moteur ou par d'autres appareils externes. Avantageusement, le circuit de régulation est conçu de telle sorte que, également lors d'une variation de paramètres marginaux, comme par exemple la tension d'alimentation, la pression d'alimentation, des températu- res d'environnement qui varient et qui ont une influence sur la viscosité de l'agent de pression et également lorsqu'il se produit des fuites, notamment sur le piston de l'élément d'adaptation, on reste assuré que le circuit de régulation garantisse, sans un capteur additionnel, une position stable de l'élément d'adaptation Le circuit de régulation conforme à l'invention est en outre en mesure de différencier les cas existants et de remettre à zéro le système de façon à créer ainsi une base pour le comportement de régulation. Conformément à l'invention, il est prévu comme régulateur un régulateur-Pl (proportionnalité-intégration), qui peut être remplacé, en fonction des impératifs concer- nant la voie de régulation en ce qui concerne l'optimisa- tion aussi bien de la qualité de régulation que du temps de régulation, par un régulateur-PD (proportionnalité- différenciation, PID (proportionnalité-intégration-diffé- renciation) ou bien par une variation de structure mixte des types précités de régulateurs, qui est reliée à un organe d'actionnement dont la capacité d'actionnement est conçue de telle sorte qu'on soit assuré d'une adapta- tion graduelle ou également d'un positionnement de la soupape proportionnelle dans toute position requise. En variante, il est également possible, conformément à l'invention, d'utiliser un régulateur-PID. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mis en évidence dans la suite de la des- cription, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin unique annexé qui représente schémati- quement une conception d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Le dessin met en évidence schématiquement l'a- gencement d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention Le moteur à combustion interne 1, duquel sont seulement représentés le vilebrequin 11, l'entraînement de vilebrequin 10 et l'arbre à cames 12, est pourvu de l'élément d'adaptation 3, dont est seulement représenté le piston 14, en vue agrandie latéralement. Pour une sollicitation en pression du piston 14, il est prévu la pompe à fluide sous pression 16 et à cet égard avantageusement on utilise la pompe à fluide sous pression prévue dans le moteur à combustion interne 1 pour la circulation sous pression du lubrifiant Pour une régula- tion continue et précise du piston 14, il est prévu un circuit de régulation 9, qui comprend dans l'essentiel la soupape proportionnelle 8, le régulateur 5 et également, pour obtenir des valeurs de mesure, les capteurs 6, 7. Le capteur 6 prévu pour le vilebrequin 11 et le capteur 7 prévu pour l'arbre à cames 12 interviennent pour déter- miner l'angle différentiel entre la position du vilebrequin 6 et celle de l'arbre à cames 7 Le circuit de régulation 9 peut faire l'objet d'une extension, par exemple au moyen d'un capteur servant à déterminer la vitesse de rotation En variante, il est possible également d'utiliser des capteurs séparés pour déterminer les vitesses de rotation et les positions angulaires Les signaux de valeurs de mesure sont traités par le régulateur 5 et sont comparés à des valeurs de référence de façon à déter- miner un taux d'impulsions, c'est-à-dire un actionnement de la soupape proportionnelle 8 pouvant être commandée électromagnétiquement et par l'intermédiaire de laquelle un courant de fluide sous pression, dosé et adapté, peut être canalisé jusqu'au piston 14, de façon à obtenir une adaptation angulaire continue de l'arbre à cames 12 A cet égard, avantageusement la soupape proportion- nelle 8 est réalisée avec un chevaucement positif des arêtes de distribution, c'est-à-dire que, lorsque la position angulaire déterminée par les capteurs 6, 7 pour le vilebrequin 11 et l'arbre à cames 12 est atteinte, la soupape proportionnelle 8 sera amenée dans la position centrale dans laquelle, du fait du chevauchement positif des arêtes de distribution, toutes les liaisons sont interrompues et le piston 14 est ainsi fixé en position Un déplacement du piston 14 provoqué par une fuite sera détecté par le circuit de régulation 9 et sera automatique- ment compensé, sans l'utilisation d'autres capteurs. En outre, il est prévu dans le régulateur une ou plusieurs entrées et sorties qui servent à des échanges de données avec d'autres systèmes Avantageusement, cela peut être utilisé pour la réception de valeurs de consigne, pour la détection d'états de marche déterminés qui condui- sent à un fonctionnement particulier du régulateur, par exemple à une suppression d'adaptation ou bien à un départ aussi rapide que possible à partir d'une position extrême, ou bien à la génération de signaux utilisables par des appareils externes, comme par exemple une détection de cylindres pour un système de commande de moteur Le régula- teur 5 est pourvu à cet effet, conformément à l'exemple de réalisation, de la zone d'échange de données 4 par l'intermédiaire de laquelle il est possible d'effectuer une définition de paramètres de base ou bien une modifica- tion de paramètres pour les variables les plus importantes introduites dans le régulateur. REVENDICATIONS 1 Procédé pour adaptation angulaire automatique entre au moins deux arbres reliés fonctionnellement, notamment un vilebrequin ( 11) et un arbre à cames ( 12), dans un moteur à combustion interne, o il est prévu une soupape actionnée électriquement, réagissant à un signal de commande et par l'intermédiaire de laquelle un élément d'adaptation ( 3) peut être actionné pour une adaptation angulaire de l'arbre à cames ( 12), caractérisé en ce qu'il est prévu un circuit de régulation ( 9), qui comporte un régulateur ( 5) et un récepteur de valeurs de mesure, auquel est transmis le positionnement angulaire du vilebrequin ( 11) et de l'arbre à cames ( 12) comme signal de valeur de mesure. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'aide d'au moins un repère d'activation prévu sur le vilebrequin ( 11) et un repère d'activation prévu sur l'arbre à cames ( 12), il est possible de détermi- ner un angle différentiel qui sert de positionnement de base pour une régulation continue de l'élément d'adap- tation ( 3). 3 Procédé selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la position angulaire du vilebrequin ( 11) sert de donnée de référence pour la régulation et la position captée pour l'arbre à cames ( 11) est utilisée comme une information de position exploitable pour l'arbre à cames à adapter angulairement. 4 Procédé selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'angle différentiel entre les positions du vilebrequin et de l'arbre à cames ainsi que les vitesses de rotation seront déterminés lors d'un démarrage du système, par un établissement progressif de valeur moyenne sur plusieurs mesures. Procédé selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est prévu comme soupape, une là soupape proportionnelle ( 8) électro-hydraulique, réalisée avec chevauchement positif des arêtes de distribution. 6 Procédé selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le régulateur ( 5) commande la soupape proportionnelle ( 8) avec modulation en largeur d'impul- sions et un taux d'impulsions détermine l'actionnement de la soupape proportionnelle ( 8) à partir du résultat de plusieurs exécutions du programme. 7 Procédé selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'effet de régulation du régulateur ( 5) peut être influencé par la différence angulaire entre la position instantanée de l'arbre à cames ( 12) et la valeur de consigne à observer. 8 Procédé selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le captage des valeurs de mesure est effectué à l'aide de capteurs, un capteur ( 6) étant associé au vilebrequin ( 11) et un autre capteur ( 7) à l'arbre à cames ( 12). 9 Procédé selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on utilise un circuit de régulation ( 9), qui se règle automatiquement en fonction des condi- tions d'environnement variables ou bien des fuites dans l'élément d'adaptation ( 3, 4). Procédé selon une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la fonction du régulateur ( 5) corres- pond à un régulateur Pl (proportionnalité-intégration). 11 Procédé selon une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le régulateur ( 5) peut maintenir la soupape proportionnelle ( 8) dans chaque position ou bien il peut l'actionner graduellement.