Brevet FR2720445A1 — publié le 19951201

" Dispositif pour la reconnaissance de la relation des pha- ses dans un moteur à combustion interne " Etat de la technique. L'invention concerne un dispositif de reconnais- sance de l'état de phases pour la régulation d'un moteur à combustion interne avec un arbre à cames et un arbre de vi- lebrequin dont la position angulaire est déterminée en con- tinu au moyen d'un détecteur, avec un dispositif d'exploitation, qui exploite les signaux de sortie du dé- tecteur pour la détermination de la position angulaire et pour la détermination de la vitesse de rotation, ce dispo- sitif d'exploitation déclenchant en fonction du réglage an- gulaire des impulsions d'injection et/ou d'allumage. Dans le cas d'un moteur à combustion interne, no- tamment d'un moteur à combustion interne à plusieurs cylin- dres, avec un arbre de vilebrequin et un arbre à cames, il est déterminé par l'appareil de commande en fonction de la position détectée de l'arbre de vilebrequin ou bien de l'arbre à cames quand et dans quel cylindre le carburant doit être injecté et à quel instant l'allumage doit être déclenché. Dans ce cas il est d'usage que la position angu- laire de l'arbre de vilebrequin soit déterminée à l'aide d'un détecteur qui explore l'arbre de vilebrequin ou bien un disque relié à celui-ci et qui a une surface caractéris- tique. En partant de la succession d'impulsions obtenues, l'appareil de commande peut reconnaître les affectations d'angles. Comme l'arbre de vilebrequin fait deux tours pen- dant un cycle de fonctionnement, la relation des phases du moteur à combustion interne ne peut cependant pas être dé- terminée de façon non équivoque seulement par palpations de l'arbre de vilebrequin. Afin que ceci soit possible, un disque émetteur se trouvant en liaison avec l'arbre à cames et qui comporte sur sa surface un repère, est exploré à l'aide d'un second détecteur. Comme l'arbre à cames ne fait qu'un tour pendant un cycle de fonctionnement, l'appareil de commande peut reconnaître la relation des phases du mo- teur à combustion interne à partir du signal délivré par le détecteur de l'arbre à cames avec une unique impulsion par cycle de fonctionnement, et assurer une synchronisation. Un tel système est par exemple décrit dans la demande alle- mande de brevet P 42 30 616.7. Avantages de l'invention. L'invention concerne un dispositif caractérisé en ce que la détection de la relation des phases du moteur à combustion interne s'effectue au moyen d'une comparaison de temps de segment, à l'intérieur desquels l'arbre de vile- brequin tourne d'un angle susceptible d'être prédéfini, tandis que les angles se rapportant à la position de l'ar- bre de vilebrequin pour lesquels s'effectuent les injec- tions, sont choisis dans des conditions susceptibles d'être prédéterminées du moteur à combustion interne de façon qu'il se produise des modifications de la vitesse de rota- tion qui permette une détection non équivoque des relations des phases, tandis que les intervalles angulaires entre les injections séquentielles et l'élévation reconnue de la vi- tesse de rotation sont exploités. Le dispositif selon l'invention pour reconnaître la relation des phases dans un moteur à combustion interne présente l'avantage qu'aucun détecteur de phase particu- lier, donc aucun détecteur, qui explore un disque tournant avec l'arbre à cames, n'est utilisé, mais seulement un dé- tecteur qui détecte la position de l'arbre de vilebrequin. On obtient cet avantage en ce que dans certaines conditions, on contrôle la relation de phase, ces condi- tions étant constituées avantageusement par le rétablisse- ment de l'injection séquentielle de carburant après être passé en frein moteur. De manière détaillée, on détermine par une comparaison de segments si l'augmentation de la vi- tesse de rotation de cylindre à injection séparée se pro- duit dans la plage angulaire prévisible pour en conclure que la relation de phase est correcte ou fausse, l'expression segment de temps signifiant le temps écoulé pendant que le vilebrequin tourne d'un angle usuellement appelé segment. Par une succession avantageuse de l'injection et d'impulsion, après le passage en frein moteur, on peut ré- tablir l'injection séquentielle de carburant pour arriver à une commande en douceur au couple maximum. De manière avan- tageuse, on garantit la comparaison des segments de temps et d'une protection multiple de la relation de phases pen- dant une opération de remise à l'état. Le dispositif selon l'invention peut de façon avantageuse être mis en oeuvre dans un système avec détec- tion de sortie. L'injection séquentielle de carburant est alors mise en oeuvre immédiatement au démarrage de façon correspondant à la position de sortie mémorisée et l'allu- mage commence après une synchronisation satisfaisante de l'arbre de vilebrequin donc après une reconnaissance satis- faisante des phases. Le dispositif selon l'invention peut toutefois être utilisé également dans d'autres systèmes en usage, dans lesquels on veut éviter le détecteur de phases ou bien peut alors être mis en oeuvre lorsqu'un détecteur de phases existant est défaillant. Le dispositif selon l'invention peut s'utiliser dans un système actuel sans détection de sortie si, au dé- marrage il y a des injections simultanées conduisant au dé- marrage du moteur indépendamment de la relation de phase correcte. D'autres avantages peuvent être obtenus suivant d'autres caractéristiques de l'invention: la détection des relations de phases s'effectue après l'achèvement d'une phase d'alimentation et l'injec- tion séquentielle de carburant s'effectue par rétablisse- ment SEFI étagé; - la détection des phases s'effectue en partant de la détection de sortie, pour laquelle la dernière position de l'arbre de vilebrequin et/ou de l'arbre à cames ainsi que la relation des phases sont mémorisées dans le disposi- tif d'exploitation et sont estimées correctes, et lors- qu'une relation des phases fausse est détectée, une nouvelle synchronisation s'effectue; - le dispositif d'exploitation est le dispositif de commande du moteur à combustion interne dans lequel les calculs nécessaires se déroulent tandis que les valeurs de mesures déterminées à la sortie sont mémorisées; - plusieurs temps de segments, dans lesquels s'est produit une combustion, et ceux dans lesquels aucune com- bustion ne s'est produite, sont comparés entre eux et en fonction du résultat de cette comparaison une détection des phases s'effectue; - la détection des phases s'effectue par comparai- son de temps de segments individuel avec un temps de seg- ment moyen; - la détection des phases ne s'effectue que dans des conditions déterminées, notamment dans une étendue de vitesse de rotation susceptible d'être prédéfinie et pour des modifications lentes du clapet d'étranglement; - le procédé est également utilisé lorsqu'un dé- tecteur de phase existant est défaillant. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation re- présentés sur les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement, pour la compréhension de l'invention, des parties constitutives es- sentielles du système de commande d'un moteur à combustion interne; - la figure 2 montre les corrélations entre l'ouver- ture de la soupape d'admission, les impulsions d'injection et les allumages en fonction de l'angle de l'arbre de vile- brequin. Description. Sur la figure 1 sont représentées schématique- ment, pour l'explication de l'invention, les composantes nécessaires du système de commande de moteur à combustion interne. La référence 10 désigne un disque émetteur qui est rigidement relié à l'arbre de vilebrequin 11 du moteur à combustion interne et qui comporte à sa périphérie une plu- ralité de repères angulaires 12 du même type. A côté de ces repères angulaires de même type 12, il est prévu un repère de référence 13 qui est réalisé par exemple par l'absence de deux repères angulaires. Un certain nombre de repères angulaires 12 cons- tituent respectivement un segment. La grandeur d'un segment ou bien la zone angulaire a sur laquelle s'étend un segment dépendant du nombre n des cylindres et est de 360 /KW/2n ou bien de 360 KW * (2/n). Le disque émetteur 10 est exploré par un capteur 14, par exemple un capteur inductif ou bien par un détec- teur de Hall, et les signaux produits dans le capteur lors du défilement des repères angulaires sont traités de façon appropriée dans l'appareil de commande 15. Un détecteur de phase prévu dans le cas des mo- teurs à combustion interne traditionnels et qui explore l'arbre à cames 16 ou bien un disque relié à l'arbre à ca- mes 16 avec un repérage, n'est pas nécessaire dans ce cas. L'information en ce qui concerne la relation des phases qui est habituellement obtenue à partir du signal de sortie d'un tel détecteur, est ici obtenue à l'aide de la vérifi- cation de la relation phase grâce à un rétablissement sé- quentiel échelonné de l'injection de carburant. L'appareil de commande 15 reçoit par l'intermé- diaire d'entrées différentes d'autres grandeurs d'entrées nécessaires pour la commande ou la régulation du moteur à combustion interne et qui sont mesurées par différents dé- tecteurs. Sur la figure 1 ces détecteurs sont désignés par 17. Par l'intermédiaire d'une autre entrée est amené un si- gnal "allumage enclenché" qui est délivré lors de la ferme- ture du commutateur d'allumage 18 à partir de la borne Kl.15 de la serrure d'allumage et qui indique à l'appareil de commande la mise en service du moteur à combustion in- terne. L'appareil de commande 15 lui-même comprend au moins une unité centrale de processeur 20 ainsi qu'une mé- moire 19. Dans l'appareil de commande 15 sont déterminés les signaux pour l'injection et l'allumage pour des compo- santes correspondantes, non indiquées de façon plus précise du moteur à combustion interne. Ces signaux sont délivrés par l'intermédiaire des sorties 21 et 22 de l'appareil de commande 15. L'alimentation en tension de l'appareil de com- mande 15 s'effectue habituellement à l'aide d'une batterie 23, qui par l'intermédiaire d'un commutateur 24 est en liaison avec l'appareil de commande 15 pendant le fonction- nement du moteur à combustion interne ainsi que pendant une phase de marche à vide commandée par l'appareil de commande lui-même après l'arrêt du moteur. La phase de marche à vide peut également être réalisée avec d'autres moyens, par exemple au moyen d'un accumulateur de tension prévu dans l'appareil de commande. Dans la phase de marche à vide les informations encore déterminées après l'arrêt du moteur à combustion interne sont mémorisées, elles sont alors immé- diatement à la disposition de l'appareil de commande lors de la remise en route du moteur à combustion interne. Ces informations comprennent notamment aussi les dernières po- sitions angulaires de l'arbre de vilebrequin ou bien de l'arbre à cames ainsi que des informations en ce qui con- cerne la dernière relation des phases. Avec le dispositif représenté sur la figure 1 la position de l'arbre de vilebrequin 11 pendant le fonction- nement du moteur à combustion interne peut être détectée à tout moment. Comme la corrélation entre l'arbre de vilebre- quin et l'arbre à cames est également connue ainsi que la corrélation entre la position de l'arbre à cames et la si- tuation des différents cylindres, une synchronisation peut s'effectuer après la détection du repère, mais cependant seulement lorsqu'un signal caractéristique pour la relation des phases est disponible. Dans un système qui doit fonctionner sans détec- teur de phases c'est-à-dire donc sans détecteur qui déter- mine la position de l'arbre à cames, il existe le problème que le signal de repère délivré par le détecteur de l'arbre du vilebrequin est ambigu, car l'arbre de vilebrequin fait deux tours à l'intérieur d'un cycle de fonctionnement tan- dis que l'arbre à cames ne fait qu'un tour. De ce fait, à l'occasion de la détection de la relation de phases par l'appareil de commande dans des conditions de fonctionne- ment déterminées, notamment après la détection d'une cou- pure d'alimentation et lors du rétablissement de l'injection séquentielle de carburant, celle-ci est in- fluencée de sorte que dans des circonstances déterminées elle se traduit par des modifications de vitesse de rota- tion qui peuvent être détectées par l'appareil de commande et auquel il est fait appel pour la synchronisation des phases. La façon exacte de procéder pour cette synchronisa- tion de phases ou bien pour la vérification que la phase admise est correcte, doit maintenant être précisée à l'aide des corrélations représentées sur la figure 2. Sur la figure 2 sont reportées les grandeurs es- sentielles pour l'allumage et l'injection par l'intermé- diaire de l'angle d'arbre de vilebrequin a KW en degrés KW. Les évolutions des ouvertures de la soupape d'admission et des allumages pour un moteur à combustion interne à 4 cy- lindres sont alors représentées en 2a. La suite représentée des cylindres ne correspond pas à la disposition mécanique de ces cylindres mais à la succession des allumages. La fi- gure 2b montre les corrélations lors d'un rétablissement de l'allumage pour une relation des phases admises comme cor- rectes et la figure 2c montre le même état des choses pour un rétablissement de l'allumage dans le cas d'une relation des phases fausses et la nouvelle synchronisation venant ensuite. Dans le détail, les significations sont les sui- vantes: LWOT1 est l'instant auquel le cylindre 1 se trouve dans ce que l'on appelle le point mort supérieur du changement de charge. ZOT1 désigne le point mort supérieur du cylindre auquel se produit l'allumage. Le déclenchement de l'allumage est symbolisé par la flèche 25 sur la figure 2. La plage 26 désigne respectivement une plage dans laquelle une soupape d'admission est ouverte tandis que les impulsions d'injection sont désignées par 27. Les plages 27a sur lesquelles les impulsions d'injection ne sont pas déclenchées sont en pointillé. Respectivement après un an- gle de 720 KW, donc après un cycle de fonctionnement est rapportée une ligne verticale. EE et ES sont des abrévia- tions pour première injection et première synchronisation. EEvES signifient première injection avant première synchro- nisation. 1. Zykl, 2. Zykl, désignent le premier, le second cycle. Avec le dispositif représenté sur la figure 1 ainsi qu'avec les corrélations indiquées sur la figure 2 le procédé décrit ci-après peut être mis en oeuvre. Dans un système avec détection de sortie, dans lequel donc après l'arrêt du moteur à combustion interne les dernières positions angulaires de l'arbre de vilebre- quin ou bien de l'arbre à cames ainsi que les relations des phases dans l'appareil de commande 15 sont mémorisées, l'injection de carburant séquentielle commence immédiate- ment au démarrage de façon correspondante à la position de sortie mémorisée. Les premiers allumages commencent après une synchronisation couronnée de succès de l'arbre de vile- brequin. Si, dans des cas peu fréquents, la position de sortie est fausse, le démarrage du moteur à combustion in- terne s'effectue avec une relation des phases de l'injec- tion décalée de 360 KW, ce qui n'aboutit à aucune limitation notable du comportement au démarrage et du com- portement après démarrage Ceci est valable pour tous les systèmes qui fonctionnent avec une répartition haute ten- sion rotative ou fixe avec des bobines à double étincelle, qui remplissent leur rôle sans détection des cylindres. Dans le cas d'une répartition de haute tension fixe avec des bobines à une seule étincelle le fonctionnement devrait être à double allumage jusqu'à la première vérification de phase possible, de sorte que pour chaque point mort supé- rieur (ZOT, LWOT) un allumage soit déclenché. Il est égale- ment possible d'effectuer au démarrage des injections simultanées qui sont indépendantes de la relation correcte des phases. Dans le cas de la vérification maintenant décrite de la relation des phases par l'établissement séquentiel étagé de l'injection de carburant ( rétablissement SEFI) il est possible, sans aucun dommage sur le régime du moteur ou bien le comportement de marche d'obtenir une vérification des phases. Il pourra être tenu compte pour l'injection qu'il est choisi une succession d'injections qui garantis- sent que dans un cycle du moteur seul un des deux cylindres est injecté. La combustion suivante du carburant doit s'ef- fectuer dans le même segment d'arbre de vilebrequin de lon- gueur a. Sur la figure 2a est représentée une telle succession pour un moteur à combustion interne à quatre cy- lindres. Les nombres correspondent de façon simplifiée non pas à la succession d'allumage mais à la succession chrono- logique. Le rétablissement étagé SEFI s'effectue après qu'il ait été reconnu par l'appareil de commande 15 qu'une phase d'alimentation est terminée. La coupure d'alimenta- tion s'effectue dans le cas des systèmes mis aujourd'hui en oeuvre généralement pour une charge réduite et elle est dé- clenchée et terminée par l'appareil de commande 15. La suc- cession d'injection débute donc par exemple selon la figure 2a à partir de la condition de rétablissement détecté avec le cylindre 1. La succession est ensuite: 1-4-2-3-4-1-2-3- 4... D'autres successions, également pour des nombres de cylindres quelconques, sont concevables. Elles doivent être choisies de façon qu'elles garantissent simultanément une formation aussi douce que possible des couples de sorte qu'après le rétablissement des injections une transition optimale s'effectue. Sur la figure 2b sont représentées les corréla- tions lors du rétablissement de l'injection du carburant pour une relation des phases admises comme étant correctes. Les plages avec une coupure d'alimentation reconnue sont désignées par S et la plage dans laquelle le rétablissement de l'injection se présente est désignée par W. Ces corréla- tions sont valables lorsque la relation des phases mémori- sées après la détection de sortie ne s'est pas bonifiée. Sur la figure 2c sont représentées les corrélations lors- qu'en partant de la détection de sortie on débute avec une relation des phases fausses. Une synchronisation est alors nécessaire. Après la synchronisation la relation correcte des phases est détectée et les injections séquentielles de carburant s'effectuent de façon optimale. La possibilité de reconnaître si l'injection s'effectue dans une relation des phases correcte ou fausse est obtenue par une comparaison des temps de segments spécifiques des cylindres. Il est alors surveillé par l'appareil de commande 15 quand sur- viennent les surhaussements de la vitesse de rotation s'installant. Comme temps de segment ta spécifiques des cylin- dres sont désignés les temps qui s'écoulent pendant que l'arbre de vilebrequin tourne d'un angle a qui correspond à un segment. Dans l'appareil de commande 15 ces temps sont déterminés de façon courante et comparés entre eux. Un premier type de vérification des phases peut, comme cela est représenté sur la figure 2, s'effectuer par exploitation du décalage de l'augmentation de la vitesse de rotation par rapport à l'injection effectuée, en combinai- son avec un grand décalage en avant de l'injection. Il faut entendre par décalage en avant un angle dont l'injection est décalée. Si les augmentations de la vitesse de rotation se situent comme dans la figure 2b, pour le décalage en avant choisi, seulement dans le segment 720 KW après les injections, la relation des phases est correcte. Si elle s'effectue toutefois comme dans la figure 2c déjà dans le segment 360 KW après injection la relation des phases est fausse. Un autre type de vérification des phases, qui peut s'effectuer en variante ou bien en supplément, repose sur ce qu'une élévation de la vitesse de rotation d'un cy- lindre injecté doit toujours se situer après son allumage OT. Ainsi, il peut par exemple être constaté dans le cas de l'exemple selon la figure 2c que la première augmentation de vitesse de rotation qui résulte des premières injections de la soupape d'injection EV1, doit se trouver après le point mort supérieur d'allumage 1 et ne correspond pas au point mort supérieur d'allumage 1 (faux) utilisé pour le calcul du décalage en avant. Ce type de vérification des phases peut s'effectuer pour un décalage en avant quelcon- que. Par la comparaison de plusieurs temps de segment de fonctionnement corrects (injectés) et ratés une bonne protection peut être réalisée. Une chute de vitesse de ro- tation, notamment pour un moteur à combustion interne dés- accouplé, peut être prise en compte grâce à la formation de l'évolution moyenne du temps de segment sur la totalité du cours du rétablissement et la différence qui s'y rapporte des différents temps de segment. Après qu'une relation des phases fausses ait été constatée et qu'une nouvelle synchronisation peut être en- treprise par l'appareil de commande et la phase être déca- lée de 360 KW. Dans ce cas différentes évolutions de * l'injection séquentielle de carburant sont concevables. Dans le cas de l'exemple représenté sur la figure 2c, après le déroulement du second cycle du moteur à combustion in- terne à partir du début du rétablissement de l'alimenta- tion, la synchronisation est effectuée. Toutes les synchronisations qui auraient pu se produire déjà plus tôt dans le cas d'une relation des phases correctes sont alors déposées en parallèle. Ensuite les injections se produisent selon les positions angulaires correctes de l'arbre de vi- lebrequin. Pour minimiser une perturbation des temps de seg- ment par des modifications de remplissage de carburant des cylindres, la vérification de phases peut être limitée aux processus de rétablissement de l'alimentation, qui sont dé- clenchés par le passage en-dessous de la vitesse de rota- tion de rétablissement de l'alimentation ou bien en outre par de lentes modifications du clapet d'étranglement donc un rétablissement mou de l'alimentation. Dans le dernier cas une limitation sur la zone de la vitesse de rotation est également nécessaire dans laquelle interviennent des moments encore suffisants et donc des modifications du temps de segment. La reconnaissance des cylindres décrite avec des rétablissements SEFI étagés peut être mise en oeuvre dans un système sans détecteur d'arbre à cames avec détection de sortie. Il est toutefois également possible qu'une telle reconnaissance des cylindres soit effectuée en supplément, tandis que pour les systèmes traditionnels avec détecteur de phases la reconnaissance des phases s'effectue en par- tant du signal du détecteur de phases et la reconnaissance des phases à l'aide du rétablissement de l'alimentation est seulement mise en oeuvre pour la vérification de la rela- tion des phases ainsi reconnue. Il peut alors dans le cas d'une défaillance du détecteur de phases pendant le fonc- tionnement être immédiatement activée une marche de dé- tresse. R E V E N D I C A T I 0 N S 1- Dispositif pour la régulation d'un moteur à combustion interne avec un arbre à cames et un arbre de vi- lebrequin dont la position angulaire est déterminée en con- tinu au moyen d'un détecteur, avec un dispositif d'exploitation, qui exploite les signaux de sortie du dé- tecteur pour la détermination de la position angulaire et pour la détermination de la vitesse de rotation, ce dispo- sitif d'exploitation déclenchant en fonction du réglage an- gulaire des impulsions d'injection et/ou d'allumage, caractérisé en ce que la détection de la relation des pha- ses du moteur à combustion interne s'effectue au moyen d'une comparaison de temps de segment, à l'intérieur des- quels l'arbre de vilebrequin tourne d'un angle susceptible d'être prédéfini, tandis que les angles se rapportant à la position de l'arbre de vilebrequin pour lesquels s'effec- tuent les injections, sont choisis dans des conditions sus- ceptibles d'être prédéterminées du moteur à combustion interne de façon qu'il se produise des modifications de la vitesse de rotation qui permette une détection non équivo- que des relations des phases, tandis que les intervalles angulaires entre les injections séquentielles et l'éléva- tion reconnue de la vitesse de rotation sont exploités. 2- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la détection des relations de phases s'effectue après l'achèvement d'une phase d'alimentation et l'injec- tion séquentielle de carburant s'effectue par rétablisse- ment SEFI étagé. 3- Dispositif selon la revendication 1 ou la re- vendication 2 caractérisé en ce que la détection des phases s'effectue en partant de la détection de sortie, pour laquelle la dernière position de l'arbre de vilebrequin et/ou de l'arbre à cames ainsi que la relation des phases sont mémorisées dans le dispositif d'exploitation et sont estimées correctes, et lorsqu'une relation des phases fausse est détectée, une nouvelle synchronisation s'effec- tue. 4- Dispositif selon l'une des précédentes revendi- cations caractérisé en ce que le dispositif d'exploitation est le dispositif de commande du moteur à combustion in- terne dans lequel les calculs nécessaires se déroulent tan- dis que les valeurs de mesures déterminées à la sortie sont mémorisées. - Dispositif selon l'une des revendications pré- cédentes caractérisé en ce que plusieurs temps de segments, dans lesquels s'est produit une combustion, et ceux dans lesquels aucune combustion ne s'est produite, sont comparés entre eux et en fonction du résultat de cette comparaison une détection des phases s'effectue. 6- Dispositif selon l'une des précédentes revendi- cations caractérisé en ce que la détection des phases s'ef- fectue par comparaison de temps de segments individuel avec un temps de segment moyen. 7- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la détection des phases ne s'effectue que dans des conditions déterminées, notamment dans une étendue de vitesse de rotation susceptible d'être prédéfi- nie et pour des modifications lentes du clapet d'étrangle- ment. 8- Dispositif selon l'une des précédentes revendi- cations caractérisé en ce que le procédé est également uti- lisé lorsqu'un détecteur de phase existant est défaillant.