Brevet FR2768771A1 — publié le 19990326

Etat de la technique. La présente invention concerne un procédé et un dispositif de commande d'un moteur à combustion interne d'un véhicule selon lequel on prédétermine une valeur de consigne d'un couple pour le moteur, cette valeur de consigne étant réglée en commandant le remplissage par action sur l'alimentation en air du moteur à combustion interne et de la pression d'alimentation dans le sens d'un rapprochement entre le couple réelle et la valeur de consigne. Le document DE-A-42 39 711 décrit un procédé et un dispositif de commande d'un moteur à combustion interne d'un véhicule selon lequel le conducteur et/ou d'autres sys- tèmes de commande et de régulation fournissent une valeur de consigne pour le couple demandé au moteur à combustion in- terne. Cette valeur de consigne est convertie en tenant comp- te de la déviation d'un angle d'allumage de base, valable pour le point de fonctionnement actuel, par rapport à un an- gle d'allumage optimum, pour lequel le rendement du moteur à combustion interne est le plus élevé, en une valeur de consi- gne pour la charge de cylindre à régler (remplissage d'air). Cette valeur de consigne de la charge est convertie en tenant compte de la charge effective du moteur et des paramètres de fonctionnement tels que la température du moteur, en une va- leur de réglage de consigne pour un volet d'étranglement à commande électrique influençant l'alimentation en air du mo- teur à combustion interne. En réglant cette valeur de consi- gne par un actionnement approprié du volet d'étranglement, on rapproche la charge et ainsi le couple de la valeur de consi- gne. De plus, au moins dans certains états de fonctionnement, pour régler le couple de consigne, on influence le réglage de l'angle d'allumage et/ou on supprime un certain nombre de cy- lindres, c'est-à-dire que l'on coupe l'alimentation en carbu- rant vers ces cylindres. Les moyens correspondant à un moteur à combustion interne suralimenté ne sont pas décrits. La présente invention a pour but de développer un procédé et une installation permettant une telle commande de la charge même dans le cas d'un moteur à combustion interne à suralimentation. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le remplissage est limité à une valeur maximale autorisée. L'invention concerne également un dispositif du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que l'unité de com- mande détermine un remplissage maximum autorisé et limite le remplissage à cette valeur maximale. Avantages de l'invention. En tenant compte d'une charge ou d'un remplissage maximum, prédéterminés par une commande de charge on peut utiliser la commande de remplissage, connue, avec les avanta- ges propres, dans le cas d'un moteur à combustion interne suralimenté. Il est particulièrement avantageux que le moteur à combustion interne suralimenté ne soit pas surchargé par un remplissage trop important qui peut se produire si par exem- ple, une action sur l'angle d'allumage et/ou d'autres actions détériorant le rendement du moteur à combustion interne, dé- tériore le rendement dans la plage de la charge partielle et augmente le remplissage pour fournir le couple prédéfini. D'une manière particulièrement avantageuse, pour une situation d'augmentation de puissance, on augmente le remplissage au maximum possible. Il est en outre avantageux que le remplissage maximum possible dépende des paramètres de fonctionnement. Pour cela on définit le remplissage maximum possible pour chaque situation actuelle de fonctionnement pour ne rencon- trer aucune limitation en fonctionnement par une limitation prématurée du remplissage. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - la valeur de consigne d'un couple du moteur à combustion interne est convertie en une valeur de consigne du remplis- sage du moteur à combustion interne elle-même limitée. - la valeur de remplissage maximale autorisée dépend des pa- ramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne. - la valeur de remplissage maximale autorisée dépend de la température de l'air aspiré. - la valeur de remplissage maximale autorisée dépend de la température du moteur. - la valeur de remplissage maximale autorisée dépend de la pression ambiante. - la valeur de remplissage maximale autorisée dépend du ré- gime. - la valeur de remplissage maximale autorisée est augmentée en situation d'augmentation de puissance. - il y a une situation d'augmentation de puissance cas, si le conducteur souhaite la charge maximale et/ou s'il actionne rapidement la pédale d'accélérateur. - la valeur de remplissage maximale autorisée est réduite en fonction des interventions de la régulation de cliquetis. - le remplissage est limité à une valeur minimale. Dessins. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation re- présentés schématiquement dans les dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 montre la commande du moteur à com- bustion interne en fonction d'une valeur de consigne de cou- ple sous la forme d'un schéma fonctionnel très grossier d'un microcalculateur, - la figure 2 montre le détail des moyens concer- nant le remplissage de consigne. Description des exemples de réalisation. La figure 1 montre un micro-ordinateur 10 appar- tenant à une unité de commande électronique 11. Cette unité commande, par des lignes de sortie 12, 14, 16, 19, représen- tées de manière schématique, l'alimentation en air du moteur à combustion interne (volet d'étranglement 17), l'alimentation en carburant (composition du mélange et/ou suppression de cylindres), l'angle d'allumage et la pression d'alimentation (turbocompresseur 21). L'unité de commande 11 est en outre reliée à des lignes d'entrée 18, 20, 22-24 qui, selon un exemple de réalisation préférentiel, sont réunies dans un système de bus (par exemple un bus CAN). Pour cela, la ligne d'entrée 18 relie au moins une autre unité de com- mande 26 telle qu'une unité de commande de régulation du pa- tinage à l'entraînement, de régulation du couple de frein mo- teur, de la commande de la boîte de vitesses ou autres à l'unité de commande 11 et transmet un couple de consigne for- mé par l'une de ces unités de commande pour définir le couple que doit fournir le moteur à combustion interne. Une autre ligne d'entrée 20 est reliée d'un élé- ment d'actionnement 28 commandé par le conducteur, de préfé- rence la pédale d'accélérateur, à l'unité de commande 11 pour transmettre le degré d'actionnement P de cet élément de com- mande. Les lignes d'entrée 22-24 relient des installations de mesure 30-32 pour détecter d'autres paramètres de fonctionne- ment du moteur à combustion interne et/ou du véhicule tels que le régime (vitesse de rotation du moteur), la charge du moteur (masse d'air, quantité d'air, position du volet d'étranglement, pression dans la tubulure d'aspiration, ou autres), la température du moteur, la vitesse de déplacement, les signaux de cliquetis, la température de l'air aspiré, la pression ambiante, la pression d'alimentation, ou autres à l'unité de commande 11. Dans un exemple préférentiel, l'unité de commande 11 comprend au moins un micro-ordinateur 10 qui implémente des programmes réalisant le procédé décrit ci-après. A la fi- gure 1, dans un but de simplification, les programmes implé- mentés dans le micro-ordinateur pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention sont représentés sous la forme d'un diagramme de déroulement schématique. Dans un premier programme 34, à côté du degré d'actionnement D et de la valeur du couple de consigne d'au moins une unité de commande 26 on applique d'autres paramè- tres de fonctionnement tels que le régime, la vitesse de dé- placement du véhicule, ou autres (voir les lignes 22a-24a). Dans les programmes du micro-ordinateur associés à ce bloc de programme, on détermine, à partir du degré d'actionnement D de la pédale d'accélérateur et en tenant compte des autres paramètres de fonctionnement (au moins du régime), une valeur de consigne du couple prédéterminée par le conducteur en uti- lisant des champs de caractéristiques prédéfinis. On exécute en outre des fonctions telles que des limitations de régime et/ou de vitesse de déplacement qui déterminent également une valeur de consigne pour le couple. A partir des valeurs de couple de consigne, déterminées ou fournies, on forme la sé- lection actuelle des valeurs maximale et/ou minimale et on transmet à un programme 36. Ce programme reçoit les grandeurs de base concer- nant l'angle d'allumage zwbase, le réglage du mélange lambase et/ou le nombre de cylindres à supprimer redbase. En fonction de ces grandeurs et d'autres paramètres de fonctionnement fournis par l'intermédiaire des lignes 22b-24b, la valeur de consigne Micons déterminée dans le programme 34 est convertie en grandeur de commande pour le dosage du carburant, l'angle d'allumage ainsi que pour déterminer une valeur de remplis- sage de consigne en une grandeur de commande de l'alimenta- tion en air du moteur à combustion interne et/ou de la pres- sion d'alimentation. Les grandeurs de base relatives à l'angle d'allumage, à la composition du mélange et au nombre de cy- lindres éliminés, sont formées dans les champs de caractéris- tiques prédéterminés 38. Ces grandeurs représentent le réglage prévu du moteur à combustion interne au point de fonctionnement actuel. Des interventions externes de la régu- lation de patinage à l'entraînement, des fonctions de limita- tions, ou autres ne sont pas prises en compte dans ces valeurs. Ces grandeurs de base sont ainsi des grandeurs qui s'établiraient sans l'intervention externe ou par les fonc- tions de limitation. L'angle d'allumage de base est défini ainsi sur la base de la vitesse de rotation du moteur et du remplissage actuel en utilisant un champ de caractéristiques. De façon appropriée, des champs de caractéristiques ou des étapes de calcul forment les valeurs de base de la composition du mé- lange et/ou de la coupure de certains cylindres. A titre d'exemple, pour les états de fonctionnement stationnaires, on peut déplacer la composition du mélange pour améliorer la consommation de carburant et/ou l'émission de produits pol- luants dans le sens des mélanges pauvres et/ou dans des états de fonctionnement sélectionnés (par exemple pour une charge partielle stationnaire), on n'utilise pas tous les cylindres. C'est ainsi que l'on peut prévoir que tous les cylindres ne soient mis en oeuvre que pour un souhait de puissance corres- pondant du conducteur alors qu'à l'état stationnaire ou dans la plage des faibles charges, seulement un nombre prédétermi- né de cylindres du moteur à combustion interne seront actifs. Ces valeurs de base sont utilisées par le programme 36 pour déterminer les grandeurs de commande à partir de la valeur du couple de consigne. Des calculs pour la conversion de l'alimentation en carburant à régler ainsi que de l'angle d'allumage à régler sont connus selon l'état de la technique cité dans le préambule. Ces calculs utilisent un modèle de couple qui se représente par la formule suivante: Mi = KFmiopt(Nmot, rl)*etazw(AZW)*etalam(X)*etared(X) (1) Dans cette formule, Mi est le couple indexé (couple de haute pression) du moteur à combustion interne, Kfmiopt est le couple optimum (couple à haute pression pour un angle d'allumage optimum, k = 1 et tous les cylindres sont déclenchés) en fonction du régime (vitesse de rotation du mo- teur) Nmot et du remplissage de consigne ri, alors le rende- ment de l'angle d'allumage etazw dépend de l'intervalle entre l'angle d'allumage et l'angle d'allumage optimum etalam re- présente le rendement lambda en fonction de la composition des gaz d'échappement (=1 pour X = 1) et (etared) est le ren- dement des cylindres déclenchés (=1 si tous les cylindres sont déclenchés). Des rendements correspondants partant de ces grandeurs de base sont désignés par etazwbase, etalambase et etaredbase. Pour des valeurs de consigne correspondantes, se- lon lesquelles on commande le moteur à combustion interne, on applique la relation suivante: Micon = KFmiopt(Nmot, rlcons) *etazwcn*etalamco s*etaredcoE (2) La détermination de l'indice de remplissage de consigne rlcons et ainsi le réglage de l'alimentation en air et de la pression d'alimentation du moteur à combustion in- terne, à partir du couple de consigne Micons, selon la solu- tion de l'invention, apparaissent à la figure 2. Cette figure montre de manière détaillée la par- tie du programme 36 de la figure 1 selon laquelle on définit la valeur de consigne du remplissage. On applique à cet effet la valeur du couple de consigne Micons, les grandeurs de base de l'angle d'allumage zwbase de la composition du mélange Xbase et/ou du nombre de cylindres à supprimer redbase ainsi qu'au moins le régime, comme autres paramètres de fonctionne- ment. Les grandeurs de base sont conduites sur les caracté- ristiques 100, 102, 104. Ces caractéristiques dites de rendement représentent la déviation entre ces valeurs de base et la valeur optimale (angle d'allumage optimum, mélange stoechiométrique et utilisation de tous les cylindres) dans une valeur de correction de couple (rendement); on obtient ainsi la différence entre le couple et le couple optimum (rendement le plus élevé) pour une valeur de base correspon- dante. Ces courbes caractéristiques de rendement sont défi- nies expérimentalement ou calculées pour les différentes grandeurs et types de moteurs à combustion interne. Les va- leurs de correction de couple etazwbase, etalambase et/ou etaredbase, formées de cette manière sont prises en compte aux points de division successifs 106, 108, 110 pour la con- version du couple de consigne en une valeur de consigne de remplissage. C'est ainsi qu'en un premier point de division 106 on forme le rapport entre le couple de consigne appliqué et la valeur de correction du couple etazwbase; ce rapport ou quotient est divisé au point de division 108 par la valeur de correction du couple etalambase; le quotient est divisé au point de division 110 par la valeur de correction eta- redbase. Le couple de consigne MIconsK ainsi corrigé est ap- pliqué à un champ de caractéristiques 112. Ce champ de caractéristiques reçoit en outre au moins le régime. Il s'agit du champ de caractéristiques inverse à l'aide duquel, partant du régime et du remplissage détecté, on définit le couple optimum du moteur à combustion interne. A partir des grandeurs ainsi fournies, en utilisant le champ de caracté- ristiques, on obtient une valeur de consigne ricons1 qui re- présente le remplissage de consigne déduit du couple de consigne. Pour ce réglage du remplissage de consigne par le volet d'étranglement, le moteur à combustion interne four- nit le couple de consigne Micons. Pour déterminer la valeur de remplissage de con- signe on utilise la formule définie ci-après -1 rlcnsl=f [(MicoEs/etazwbase*etalambase*etaredbase), Nmot] (3) La valeur de consigne de remplissage ricons1 est appliquée à une limitation maximum/minimum 114. Celle-ci re- çoit une valeur de remplissage minimale rîmin qui, suivant l'état de fonctionnement, a été définie à partir des courbes caractéristiques différentes 116, 118 en fonction au moins du régime et on applique une valeur de remplissage maximale rlmax. La valeur de remplissage minimale est dans ce cas con- çue en mode de poussée par inertie, avec coupure du carburant et en tenant compte d'un couple moteur aussi élevé que possi- ble, alors qu'en mode normal, sans coupure du carburant, on tient compte du maintien du fonctionnement du moteur à com- bustion interne aux vitesses de rotation faibles. Si la va- leur de remplissage de consigne rlconsi est inférieure à la valeur de consigne, on transmet la valeur minimale rlmin comme valeur de remplissage de consigne rlcons. Si la valeur de remplissage de consigne rlcons1 dépasse la valeur maximale rlmax' celle-ci est transmise comme valeur de remplissage de consigne rlcons. La valeur de consigne rlcons est convertie par une régulation 116 en une valeur de réglage de consigne pour le volet d'étranglement et en une pression d'alimentation de consigne; ces valeurs se règlent par une action correspon- dante sur le volet d'étranglement par la ligne de sortie 12 et la commande du turbocompresseur (une soupape à porte flot- tante) par la ligne de commande 19. La valeur de remplissage maximale autorisée rlmax est calculée par exemple dans le cadre de la commande de charge, dans la partie 120. Dans l'exemple de réalisation le plus simple on prédétermine une valeur fixe. Dans un exemple de réalisation préférentiel, la valeur maximale dépend des paramètres de fonctionnement pour s'adapter aux différents états de fonctionnement. Dans l'exemple de réalisation préférentiel on tient au moins compte de l'un des paramètres de fonctionne- ment suivants pour déterminer le remplissage maximum autori- sé: régime Nmot, température de l'air aspiré Tans, pression ambiante pu, température du moteur Tmot, une information KR concernant l'efficacité de la régulation anti-cliquetis, de préférence si celle-ci est mise en oeuvre fréquemment et/ou de l'angle d'allumage est réglé de manière trop accentuée, une grandeur dlrmax qui augmente la valeur maximale en situa- tion d'augmentation de puissance. On détermine la valeur maximale par les courbes caractéristiques appliquées qui contiennent la valeur maxi- male en fonction des paramètres tels que la température d'aspiration, la température du moteur, la pression ambiante et/ou le régime. Pour le régime, on prédétermine une relation selon laquelle le tracé du remplissage maximum s'adapte au tracé du couple du moteur en fonction du régime. La relation fonctionnelle, par rapport aux autres grandeurs, est en géné- ral telle que le remplissage maximum diminue en fonction de ces grandeurs. Lorsqu'on dispose de l'information KR, on ré- duit la valeur maximale autorisée d'une certaine mesure alors qu'en situation d'augmentation de puissance, on augmente de la valeur drlmax. Cette valeur est formée sur la courbe ca- ractéristique ou dans le circuit 22 en fonction de la posi- tion P de la pédale d'accélérateur, suivant que le conducteur souhaite la charge maximale et/ou qu'il y a un gradient im- portant pour la position, le conducteur demandant une puis- sance importante. Dans un autre exemple de réalisation, KR représente un signal continu décrivant l'importance de l'intervention de la régulation de cliquetis. Dans ce cas, on réduit le remplissage maximum en fonction de l'importance des interventions (par exemple de la fréquence et/ou de la valeur moyenne des réglages d'angle d'allumage, additionnés). La figure 2 a été choisie pour des raisons de clarté. L'invention n'est toutefois pas limitée à l'ordre de prise en compte des valeurs de correction ni aux opérations mathématiques pratiques de division. Le champ de caractéris- tiques à la base de la détermination du remplissage de consi- gne est en forme inverse et s'utilise également pour déterminer le couple du moteur à combustion interne selon10 l'état de la technique connu. (voir équation 1 Kfmiopt). Selon un exemple de réalisation avantageux, on fait fonctionner le moteur à combustion interne toujours en utilisant tous les cylindres ou seulement avec un mélange stoechiométrique. Dans ces cas on renonce à la valeur de cor- rection correspondante. Selon un exemple de réalisation préférentiel, le remplissage concerne le remplissage relatif d'un cylindre rapporté au remplissage maximum possible dans les conditions. Dans d'autres exemples de réalisation, le remplissage désigne la masse d'air aspirée à chaque course ou la charge du mo- teur. ]1 R E V E N D I C A T IONS 1 ) Procédé de commande d'un moteur à combustion interne d'un véhicule selon lequel on prédétermine une valeur de consigne d'un couple pour le moteur, cette valeur de consigne étant réglée en commandant le remplissage par action sur l'alimentation en air du moteur à combustion interne et de la pression d'alimentation dans le sens d'un rapprochement entre le couple réelle et la valeur de consigne, caractérisé en ce que ]0 le remplissage est limité à une valeur maximale autorisée. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de consigne d'un couple du moteur à combustion in- terne est convertie en une valeur de consigne du remplissage du moteur à combustion interne elle-même limitée. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que la valeur de remplissage maximale autorisée dépend des para- mètres de fonctionnement du moteur à combustion interne. 4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que la valeur de remplissage maximale autorisée dépend de la tem- pérature de l'air aspiré. 5 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que la valeur de remplissage maximale autorisée dépend de la tem- pérature du moteur. 6 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que la valeur de remplissage maximale autorisée dépend de la pression ambiante. 7 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que la valeur de remplissage maximale autorisée dépend du régime. 8 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que la valeur de remplissage maximale autorisée est augmentée en situation d'augmentation de puissance. 90 ) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' il y a une situation d'augmentation de puissance cas, si le conducteur souhaite la charge maximale et/ou s'il actionne rapidement la pédale d'accélérateur. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que la valeur de remplissage maximale autorisée est réduite en fonction des interventions de la régulation de cliquetis. 11 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le remplissage est limité à une valeur minimale. 12 ) Dispositif de commande d'un moteur à combustion interne d'un véhicule à l'aide d'une unité de commande qui détermine une valeur de consigne du couple du moteur à combustion in- terne, règle cette valeur de consigne au moins en commandant le remplissage en influençant l'alimentation en air et la pression d'alimentation dans le sens d'un rapprochement entre le couple réel et la valeur de consigne, caractérisé en ce que l'unité de commande détermine un remplissage maximum autorisé et limite le remplissage à cette valeur maximale.